应用与试验
doi ;10. 16576/j. cnki. 10074414. 2017. 02. 029
2017年第2期（第30卷，总第148期）·机械研究与应用
基于热-结构顺序耦合对机床主轴箱环境温度的热特性分析
李志伟
（四川建筑职业技术学院，四川稳阳618000）
摘要：以轮槽数控铣床为研究对象，利用有限元软件中热一结构顺序耦合功能对机床主要热源主轴箱在运行中受环境温度影响进行热特性分析。为了能够准确揭示环境温度对机床主轴箱在送行中的热特性影响，通过模拟主轴箱在 20℃~32℃的环境温度状态，结表明：当主轴箱运行的环境温度从20℃升高到32℃，主轴前端的热变形从52μm 增加到187μm，同时随着环境温度升高，主轴前端热变形加剧。主轴箱的热特性受环境温度影响很大，对于轮槽数控
铣床这样大型精密加工设备，应该合理降低环境温度变化对主轴箱加工精度的影响，提高机床加工的整体稳定性。关键词：主轴箱；热一结构顺序耦合；环境温度；热特性分析
中图分类号：TG659
文献标志码：A
文亨编号：10074414(2017)02-009605
Thermal Characteristic Analysis of Machine Tool Spindle Box Based on Thermal Structure Coupling
LI Zhi-wei
( Sichuan College of Architectural Technology, Deyang Sichuan 618000, China)
Abstract: Based on the wheel groove CNC milling machine as the research object, thermal characteristic analysis to the main heat source of NC machine tools spindle box in operation would be affected by environmental temperature is conducted by using the hotstructure order coupling function of the finite element software. In order to accurately reveal the effect of environmental temperature on the thermal characteristics of spindle box in running process, the spindle box in 20°C ~ 32°C ambient tempera-ture is simulated; the results show that when temperature of the operational spindle box environment increases from 20°C to 32°C , thermal deformation of the frontend of spindle increases from 52 μm to 187μm, and at the same time, as the incre-ment of environment temperature, thermal deformation of the frontend of spindle becomes serious. Thermal characteristics of sana e osaad aea o erada aaa a aaae o ads the wheel groove CNC milling machine, it is necessary to reasonably reduce the effect of environmental temperature change on the machining accuracy of the spindle box, so as to enhance the overall stability of the machine tool.
Key words : spindle box; thermal structural coupling; ambient temperature; thermal characteristic analysis
引言 0
随着我国制造水平的不断发展，制造行业对数控机床的加工精度要求越来越高。轮槽数控铣床作为当今加工核电转子的超大型高精密专用数控铣床，其制造能力在一定程度上代表了国家的工业制造业水平[1]。但由于机床体积庞大结构复杂，且对环境温度的变化响应比较敏感，加之机床工作时极易受到轴承、齿轮箱和电机等内部热源的影响，使得轮槽数控铣床零部件产生受热不均而导致热变形，影响机床的加工精度[2]。由于机床的受热主要来源于轮槽数控铣床主轴箱，在实际研究中可以采用顺序耦合法对其进行热特性分析。
热-结构顺序耦合分析本质是一种结构分析，只
是在分析中考愿广实际的热传导模型，先对物体进行环境温度分析，再将环境温度作为载荷对物体的热特性分析[3]。采用顺序耦合的方法，既保证了计算结
*收稿日期：2017-03-
果的准确性，又节省了计算资源。针对实际研究情况，若对整机模型进行热一结构耦合分析将耗费大量的时间，且在分析时各结构受热容易产生相关干涉现象，造成热特性瞬态分析产生偏差，浪费计算资源[4]。由于机床热源主要集中在主轴箱，因此主要对铣床主轴箱进行热-结构顺序耦合分析。
建立主轴箱分析模型
由于轮槽数控铣床主轴箱结构复杂且体型较大，为了能在ANSYS的APDL中直接建立理想模型，必须对主轴箱进行适当的简化，主要依据有以下两点： ①忽略对热变形影响因素较小的小孔、槽、倒角和圆角等；②忽略轴承的滚珠，并将其简化成空心圆柱实体。经过相应简化处理，能减少因为小特征引起的局部不重要部位网格过于细密，避免实体单元过多而无法准确计算的问题。
为了能够真实反映机床主轴箱受热产生热变形
基金项目：国家科技重大专项：数控铣床研究（编号：2011ZX04002-081）。
作者简介：李志伟(1985-），男，河北张家口人，助教，硕士，研究方向：机床可靠性及受热分析。·96．万方数据