侧挂式主轴系统热特性仿真分析.pdfVIP

学兔兔 第5期 (总第168期) 机 械 工 程 与 自动 化 No．5 MECHANICAL ENGINEERING AUTOMAT／ON Oct． 2011年10月 文章编号：1672—6413(2011)10—0001—03 侧挂式主轴系统热特性仿真分析米 康子雄 ，位文明 ，李 呖 ，赵万华 ，张晓毅 ，朱 祥2 (1．西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，陕西 西安 710054；2．沈机集团 昆明机床股份有 限公司，云南 昆明 65o203) 摘要：以昆明机床股份有限公司某型精密卧式加工中心的主轴及主轴箱为研究对象，采用有限元方法对不同 工况下主轴及主轴箱的瞬态温度场和热变形进行了仿真计算，得到了相应的热误差，并分析了主轴转速和镗 杆伸出长度对主轴系统热误差的影响。 关键词：主轴系统；热特性；有限元法；卧式加工中心 中图分类号：TG502．15 文献标识码：A 0 弓I言 ． 接、倒角和圆角等结构。将简化后的主轴系统模型导 随着机床向高精度、高效率、高速度的方向发 人到有限元软件中，对其划分网格，得到的有限元模 展，热误差在所有机床误差中所占的比重越来越大 型如图1所示。其中共有87 430个单元、217 530个 (约占40％一70％)…。由于影响机床发热的因素较 节点。 多且热误差的形成机理也比较复杂，使得机床热误差 相对于其他误差而言更难以监测和控制-2 J。目前控 制机床热误差的措施主要包括热变形防止和热误差补 偿两种方法_3 J。热变形的防止是指在机床设计阶段 进行必要的热结构设计来减小机床的热变形。而热误 差的补偿则是在机床装配完成后通过人为的方式去消 除热误差的影响，这种方法简单高效，已成为控制机 床热误差的主要措施。 图1 主轴系统的有限元模型 为了更好地进行热误差补偿，需要在测试前对机 1．2 有限元模型的热边界条件 床的温度分布和热变形规律进行预测。本文以昆明机 影响机床温度变化的热量主要来自于环境、冷却 床股份有限公司某型精密卧式加工中心的主轴及主轴 液、机床自身和切削过程。对于精密加工来说，一般 箱为研究对象，运用有限元方法得到了不同工况下精 环境温度都已得到了有效的控制，因此在空载条件 密卧式加工中心侧挂式主轴系统的温度场分布和热变 下，热量主要来自于机床内部。主轴系统内部的热源 形规律。 有电机发热、导轨摩擦发热、齿轮传动发热和轴承发 1 主轴系统有限元模型 热等 。侧挂式主轴系统中，主轴与电机通过齿轮 1．1 有限元模型的建立 连接，工作时每对齿轮的啮合处都会喷冷却油，此 为了方便进行有限元分析，需要对主轴系统的三 外，导轨的运动速度较低，摩擦产生的热量不大，因 维模型进行简化。简化原则为：将主轴的支承轴承等 此，主轴轴承的发热成为最主要的热源。轴承的生热 效成为同等直径的套筒；忽略通孔、螺纹孔、螺栓连 率可以根据文献 [8]中的公式求得。需要注意的 国家重大科技专