车削中心主轴系统热特性有限元分析的研究.pdfVIP

第 9期 组 合 机 床 与 自动 化 加 工 技 术 NO．9 2011年 9月 M odularM achineTool＆ AutomaticM anufacturingTechnique Sep．2011 文章编号：1001—2265(2011)11—0006—03 车削中心主轴系统热特性有限元分析的研究米 李金华，刘永贤，韩家亮，于 杨 (东北大学 机械工程与 自动化学院，沈阳 110819) 摘要：以精密车削中心主轴 系统为研 究对象，将有限元技术应用于其主轴 系统的热特性研 究，在机床 热分析理论基础上，计算了液体动静压轴承 内外壁 的温度和主轴箱体的温度 ，建立并分析 了主轴 系 统的稳态温度场和主轴的变形情况，为系统热补偿提供 了理论依据。 关键词 ：机床 ；稳态温度场；热变形 ；耦合分析 中图分类号 ：TH161．4 文献标识码：A FeaontheThermalCharacteristicAnalysisofSpindleSystem ofTurningCenter LIJin—hua，LIU Yong—xian，HAN Jia-liang，YU Yang (SchoolofMechanicalEngineeringAutomation，NortheasternUniversity，Shenyang110819，China) Abstract：Thespindlesystem ofturningcenterisresearched，andFEA isappliedonthethermalcharac- teristicanalysisofitsspindlesystem ．Basedonthetheoreticsofmachinethermalanalysis，FEM isused tocalculatethetemperatureinsideandoutsidewallofthehydraulicdynamic--staticbearingandthehead-- stock．Itnotonlybuildsthesteadythermalfieldofthespindlesystem is，butalso analyzesthethermal deformationofthespindle．Theyprovidethedataforthethermalcompensationofthespindlesystem ． Keywords：machinetool；steadythermalfield；thermaldeformation；couplinganalysis 场为基础计算出主轴的热变形。从而在该机床的设 O 引言 计阶段预测 了机床主轴箱体 的温度场和热变形情 机床的热误差是指由于机床温度升高导致机床 况 ，为机床结构改进和热补偿措施提供了相关依据。 部件变形或膨胀而 引起工件和 刀具之 间的相对位 1 车削中心主轴系统结构 移 。大量的研究表 明，热误差是影响高速机床加工 精度的主要 因素之一 ，在精密加工中约 占机床总误 ． 该车削中心 由床身、主轴箱 、卡盘、床鞍 、尾座、 差的40％～70％ 。国内外很多学者对机床的热特 纵横滑板 、电动刀架 、数控系统、伺服驱动系统、电气 性进行研究 ，日本 的M．Mori与美 国的M．Fujishima 系统、液压系统、冷却系统及润滑系统等构成。主轴 等通过使用 CAE技术与参数化设计方法对主轴箱进 的前后轴承均采用动静压轴承 。如图 l所示为该机 行优化 ，降低 了主轴的热误差；韩国的Jong—JinKima 床的主轴系统结构。 等建立 了高速进给系统 的温度场；台湾 的 Cheng— HsienWu等通过有限元方法 ，分析了滚珠丝杠在运动