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机床静动热态特性仿真分析

1范围

本规范文件规定了机床整机静动热态特性仿真分析的方法及流程。

本规范文件适用于机床在设计阶段中，分析机床静动热态特性，并寻找整机潜在薄弱环节。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其必威体育精装版版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB3100—1993国际单位制及其应用

GB3101—1993有关量、单位和符号的一般原则GB/T13574—1992金属切削机床静刚度检验通则GB/T16768—1997金属切削机床振动测量方法

GB/T17421.3—2009机床检验通则第3部分：热效应的确定

GB/T31054—2014机械产品计算机辅助工程有限元数值计算术语

GB/T33582—2017机械产品结构有限元力学分析通用规则3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1机床静刚度machinetoolsstaticrigidity

机床在静载荷作用下，在规定方向上抵抗承载刀具与承装工件的部件间相对位罟变化的能力。[GB/T13574—1992,定义3]

3.2固有频率naturalfrequency

无阻尼线性振动系统的自由振动频率。[GB/T2298—2010,定义3.88]

3.3振型modeofvibration

机械系统某一给定振动模态的，在某一固有频率下，由中性面或中性轴上的点偏离其平衡位置的最大位移值所描述的图形。

3.4对流换热系数coefficientofconvectiveheattransfer

壁面和与之接触的流体之间，在单位温差作用下，于单位时间内通过单位表面积传递的对流换热

量。

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3.5温度场temperaturefield

某一瞬间，在一定空间范围内各个点的温度分布集合。

3.6热变形thermaldeformation

由于温度的变化而引起物体的变形。

3.7结构静力学分析structuralstaticsanalysis

在静态或可近似静态载荷作用下，忽略惯性和阻尼效应的结构相应分析。[GB/T31054—2014,定义2.1.10]

3.8结构动力学分析structuraldynamicsanalysis

在时变载荷以及惯性和阻尼效应作用下，对结构动力学特性和相应的分析。[GBT31054—2014.定义2.1.11]

3.9结构热分析structuralthermalanalysis对结构温度场及其他热物理参数的分析。[GB/T31054—2014,定义2.1.12]

4坐标系与单位制

静动热仿真分析流程参见附录A中图A.1。

4.1坐标系

坐标系由右手定则来确定，宜选用笛卡尔直角坐标系，必要时可选用柱坐标系或球坐标系。

有限元分析建模时应定义全局坐标系，当模型载荷、约束或结果显示需求与全局坐标系不一致时可增加局部坐标系。

4.2单位制

单位制的选择应按照GB3100-1993和GB3101-1993执行。根据机床产品特点选择SI单位制或其他单位制。例如，对质量较敏感的零件推荐采用SI单位制，质量单位为千克，具体参见附录B中表B.1;对质量不敏感的大型零部件产品推荐采用SI单位制倍数单位，质量单位为吨，具体参见表B.2。

5模型构建与简化

5.1模型构建

在几何模型构建过程中，应遵循以下原则：

a)几何模型应能够表达机床整机结构特征；

b)几何模型一般按1:1的比例关系建立模型，使模型与结构件实物保持基本一致；

c)几何模型的命名应采用可识别的字符，并要保持唯一性。

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5.2模型简化

静动热态特性分析时，几何模型简化宜考虑以下要素：

a)删除机床外壳防护罩、拖链等不受力结构；

b)在不影响仿真模型精度的前提下，删除零件的倒角、圆角以及各种螺栓孔、工艺孔等细小结构；

c)删除编码器、气动回路、电气阀等对仿真分析影响较小的结构；

d)删除螺栓、螺钉等细小零部件；

e)删除滑块凸台、填补导轨导向槽，填补导轨与滑块间空隙；

f)将轴承、联轴器等零件改为同等尺寸的中空圆柱；

g)确保模型内没有“干涉”“间隙”等问题；

h)将各零件模型名称改为英文命名。

6网格划分

6.1网格疏密控制

网格疏密应符合以下要求：

a)应对结构变化大、曲面曲率变化大、载荷变化大或不同材料连接的部件进行细化；

b)单元尺寸过度平滑、粗细网格之间应有足够的单元进行过渡，避免相邻单元的质量和刚度差别太大；

c)关注应力相应区域的网格