基于熱—結(jié)構(gòu)耦合的精密車床機(jī)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(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168）

基于熱—結(jié)構(gòu)耦合的精密車床機(jī)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(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168）

論文是以A2-6-200精密車床機(jī)械主軸為研究對(duì)象，通過使用SoildWorks建立主軸實(shí)體模型，簡(jiǎn)化后導(dǎo)入到有限元分析軟件中，利用有限元法對(duì)其進(jìn)行熱分析，得到主軸溫升和溫度場(chǎng)分布情況，以求得溫度場(chǎng)為依據(jù)進(jìn)行熱—結(jié)構(gòu)耦合分析。通過在不同工況下的仿真結(jié)果分析，為預(yù)測(cè)機(jī)械主軸的熱變形狀態(tài)，提供了良好的參考依據(jù)。

機(jī)械主軸；溫度場(chǎng)；熱變形；熱—結(jié)構(gòu)耦合

0 引言

隨著現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)床的加工精度的要求越來越高，熱變形導(dǎo)致機(jī)床誤差問題也日益突出。研究實(shí)驗(yàn)表明，熱誤差是機(jī)床的最大誤差源，占機(jī)床總誤差的40%～70%［1］。主軸作為機(jī)床的重要組成部件，其性能的好壞直徑影響機(jī)床整體水平。因此，主軸系統(tǒng)的熱特性研究與分析對(duì)機(jī)床精度的保證至關(guān)重要。

日本的Moriwaki等通過實(shí)驗(yàn)研究了超精密機(jī)床的空氣主軸系統(tǒng)的熱特性，得出了熱變形與主軸轉(zhuǎn)速和環(huán)境溫度之間的傳遞函數(shù)［2］。韓國(guó)的choijin Kyung等用有限元方法對(duì)主軸軸承系統(tǒng)進(jìn)行了熱特性研究［3］。上海理工大學(xué)建立了數(shù)控螺紋磨床主軸系統(tǒng)的有限元模型，分析了主軸系統(tǒng)的溫度分布，通過“熱-結(jié)構(gòu)”耦合分析主軸系統(tǒng)瞬態(tài)熱變形［4］。

本文是針對(duì)A2-6-200精密車床機(jī)械主軸，利用有限元法，建立“主軸—軸承”系統(tǒng)的仿真模型，并分別在粗、精加工兩種不同方式的極限轉(zhuǎn)速下進(jìn)行“熱-結(jié)構(gòu)”耦合分析，從而能夠有效地預(yù)測(cè)機(jī)械主軸的熱變形情況。……