基于熱—結構耦合的精密車床機械主軸熱變形仿真的分析

史清華，張麗秀，吳玉厚，李金鵬

（沈陽建筑大學機械工程學院，遼寧 沈陽 110168）

基于熱—結構耦合的精密車床機械主軸熱變形仿真的分析

史清華，張麗秀，吳玉厚，李金鵬

（沈陽建筑大學機械工程學院，遼寧 沈陽 110168）

論文是以A2-6-200精密車床機械主軸為研究對象，通過使用SoildWorks建立主軸實體模型，簡化后導入到有限元分析軟件中，利用有限元法對其進行熱分析，得到主軸溫升和溫度場分布情況，以求得溫度場為依據進行熱—結構耦合分析。通過在不同工況下的仿真結果分析，為預測機械主軸的熱變形狀態，提供了良好的參考依據。

機械主軸；溫度場；熱變形；熱—結構耦合

0 引言

隨著現代機械制造技術的發展，對機床的加工精度的要求越來越高，熱變形導致機床誤差問題也日益突出。研究實驗表明，熱誤差是機床的最大誤差源，占機床總誤差的40%～70%［1］。主軸作為機床的重要組成部件，其性能的好壞直徑影響機床整體水平。因此，主軸系統的熱特性研究與分析對機床精度的保證至關重要。

日本的Moriwaki等通過實驗研究了超精密機床的空氣主軸系統的熱特性，得出了熱變形與主軸轉速和環境溫度之間的傳遞函數［2］。韓國的choijin Kyung等用有限元方法對主軸軸承系統進行了熱特性研究［3］。上海理工大學建立了數控螺紋磨床主軸系統的有限元模型，分析了主軸系統的溫度分布，通過“熱-結構”耦合分析主軸系統瞬態熱變形［4］。

本文是針對A2-6-200精密車床機械主軸，利用有限元法，建立“主軸—軸承”系統的仿真模型，并分別在粗、精加工兩種不同方式的極限轉速下進行“熱-結構”耦合分析，從而能夠有效地預測機械主軸的熱變形情況。……