第1期 2018年1月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2018)01=0039=04
D0I:10.13462/j. cnki. mmtamt.2018.01.010
航空机厘加工中心热分析及热结构研究
王刘影，陈秀梅
（北京信息科技大学机电工程学院，北京100192）
No.1 Jan.2018
摘要：以机加工中心（加工中心)为研究对象，综合考虑机床结构特点、内外部热源的影响，进行整机的热源分析及计算。利用ANSYSWorkbench软件对整机进行热特性分析得到整机的温度场与热
并进一步为热变形补偿提供依据。
关键词：机厘加工中心；热变形；温度实验；热结构
中图分类号：TH140；TG506
文献标识码：A
Thermal Characteristics of Aircraft Casing Processing Center under No-load Operation
WANG Liu-ying, CHEN Xiu-mei
( School of Mechanical and Electrical Engineering , Beijing Information Science & Technology University , Bei-jing100192,China）
Abstract: Taking the Casing machining center as the research object, This analysis was comprehensively considered of the machine tool structural features, internal and external heat source. The heat source analysis and calculation of the whole machine is carried out. The temperature field and thermal deformation field of the whole machine were obtained by using the finite element analysis software Workbench ANSYS to ana-lyze the thermal characteristics of the whole machine. Temperature experiment was carried out on the main heat source of the machining center. it proves that the finite element analysis model and method are reliable, which provide reference for structural optimization and thermal error compensation of the Casing machining center.
Key words: casing machining center; thermal deformation; temperature experiment;thermal structure
0引言
大多数的航空零件依赖数控加工完成，高难度、高精度的零件的完成一直是数控技术和新型数控机床发展的主要原动力1]。作为航空发动机的核心零件-机单，其高精度的要求对加工申心的要求更加苛刻。机床在正常工作时，其主轴、丝杠副、轴承等处产生大量的摩擦热[2]。并通过热传导、热辐射等方式传给机床的各个部件将在整个机床形成一个复杂多变的温度场。由于零件材料、结构的不一致，引起整机的不均匀热变形，这样造成主轴、工作台、刀具等部件发生一定的相对位移，从而影响加工精度[3]。研究表明，在精密加工中，热变形引起的加工误差占到总误差40% 70%4]。热结构的研究就是在机床设计阶段排除机床由热产生的热变形而影响的加工精度。
近年来，国内外学者对加工中心热分析以及热结
购设计进行产大量的研究与应用，还有做了相关实验
的研究。OKAFOR等[5]建立了某三轴立式加工中心的体积误差模型，经济有效地对机床的几何误差和热误差实施了误差补偿：郑州大学的李杰16]以CX8275车铁复合加工中心为例，进行了整机及其关键部件的热分析计算，温度测点的选择与优化，建立了系统的热误差补偿模型。这些分析与研究对提高加工中心的加工精度有着重要意义。
本文以“高档数控机床与基础制造装备"科技重大专项项目的航空机厘零件加工中心为研究对象，建立整机有限元模型，计算热分析边界条件。利用AN SYSWorkbench对整机进行稳态热分析，在此基础上进行热-结构耦合分析，求其温度分布及热变形规律。设计了加工中心的温度实验，为了得到真实的的温度数据，提出在关键热源部位采用镶嵌方式安装订制的 pt-100温度传感。理论的热分析与温度实验的测试，为加工中心的热变形实验及设计提供热结构设计依据。
收稿日期：20170302；修回日期：2017-03-30
*基金项目：“高档数控机床与基础制造装备"科技重大专项（2013ZX0400-1061）；千台国产加工中心可靠性提升工程"科技重大专项
（2013ZX04011012)
作者简而方激据991—），女，山东曹县人，北京信息科技大学硕士研究生，研究方向为先进制造技术，（E-mail）wangliuying1991@163.com