第9期 2016年9月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2016)09002004
D0I:10.13462/j. cnki. mmtamt.2016.09.006
No.9 Sep.2016
基于热结构耦合作用的滑枕部件变形规律研究
卢健，魏德强"，王荣，冯建国？
（1.桂林电子科技大学教学实践部，广西桂林541004；2.桂林机床股份有限公司，广西桂林 541004)
摘要：龙门加工中心用滑枕部件主要目的在于增强机床加工零件时的刚性，其在受热条件下的变形会严重破坏刀具与工件的位置精度，滑枕部件热变形对机床加工精度影响显著。该研究根据热结构耦合理论，采用有限元方法对滑枕部件进行了热变形分析，得到了机床以最大转速3000r/min达到稳态时的变形结果，温度最高为85.8℃，最大热应力为77.62MPa，Y向变形为0.15mm，仿真结果与实
测数据相符。为该型龙门加工中心滑枕部件结构优化和热变形补偿提供了理论依据。关键词：龙门加工中心；滑枕；热结构耦合；热变形
中图分类号：TH132：TG506
文献标识码：A
Research on Deformation Law for The Ram Based on Thermal-structural Coupling
LU Jian', WEI De-qiang’, WANG Rong’ ,FENG Jian-guo
(1. Department of Teaching Practice, Guilin University of Electronic Technology , Guilin Guangxi 541004, Chi na;2.Guilin Machine Tool Co.,LTD.,Guilin Guangxi 541004,China)
Abstract : The purpose is to enhance rigidity when machining parts of ram unit for gantry machining center, which deformation under heat conditions would seriously undermine the accuracy of the position between the tool and the workpiece, the thermal deformation of ram unit affect the machining accur acy significantly. This study using the finite element method to analysis the thermal deformation of ram based on the thermal structure coupling theory. Which get the deformation results for machine at maximum speed 3000r / min to reach steady state. The result show that the highest temperature of 85. 8 °C , the maximum thermal stress for the 77. 62 MPa, direction Y to deformation is 0. 16mm, the simulation results match the experimental data, which provide theoretical support to structure optimization and thermal deformation compensation of ram unit for gantry machining center .
Key words: gantry machining center; ram; thermal-structural coupling; thermal deformatior
引言 0
龙门加工中心用滑枕部件主要目的在于增强机床加工零件时的刚性，适应大型零件的强力切削"]。然而，滑枕部件在受热条件下的变形会严重破坏刀具与工件的位置精度，对机床加工精度影响显著。机床运行时，热变形引起的加工误差占总误差的40% 70%(2)
针对机床关键部件热变形，仇健等3建立了龙门机床误差元素模型，分析因热应力引起的主轴热误差变形。通过研究发现，主轴热变形量和主轴箱温度分布呈单调对应关系。E.CREIGHTON等(+将零件装配尺寸误差和微加工产生的热变形进行对比，确定了主轴热误差是零件加工误差的最关键因素。目前的研究主要集中于定性的确定因温度场引起的热误差变形是
收稿日期：20160413;修回日期：20160503
（10100）
机床加工误差的关键要素，对于温度场与结构变形间的内在规律研究较少。
通过调研发现，国内某机床厂对龙门加工中心要求机床零件加工精度Y、Z垂直度在0.02mm/ 10000mm以内，但通过实际测试发现，机床主轴以最高转速3000r/min时运行时，Y、Z垂直度偏差最大为 0.18mm，其原因是因为机床运行过程中，滑枕部件不均匀的温度场使其产生了较大的热变形。为获得滑枕工作过程中的热变形规律，本文通过热结构耦合分析对滑枕的温度场和热变形进行了计算，为掌握其变形规律和结构改进设计提供理论依据。
热结构耦合问题
研究的滑枕材料为HT300，内部交叉均匀布置加强筋如图1所示，滑枕外壁上还有多个窗口，整体外形
作者简介：卢健（1988一），男，重庆万州人，桂林电子科技大学助教，硕士，研究方向为机床变形检测与结构优化设计，（E-mail)j889588@163.com。万方数据