数控机床主轴系统热特性有限元分析

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基于有限元方法的数控铣床整机热特性分析

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文章编号：０６３６（０７０ — ０４ — ０１０～２９２０）３０５３
基于有限元方法的数控铣床整机热特性分析
王金生，雪梅，映红郑戴
（台州职业技术学院，江台州３８０）浙１００
化上，取得了一定的成果［。ｋｙｍａ等人，过实１Ｏｕａ］通验测量了在平面研磨机工作过程中，轮主轴和工砂作台的相对热位移，使用有限元方法对研磨机的并热变形进行理论研究，果表明理论与实验结论相结
便于有限元分析，其结构进行适当的简化．采用对并
２０节点体单元ＳＬＤ５进行网格划分，机有限ＯＩ９整
元模型如图１所示。
影响零件的加工精度．据英国伯明翰大学ＪＰ — 根．ｅ
ｃｅｉ授调查统计表明，精密加工中，ｌｎｋ教在热变形引起的制造误差，占总制造误差的４～７．以，００所如何减少热变形，提高加工精度，是机床设计中非常
铣床进行了整机热特性分析，与Ｘ１并Ｋ５０数控铣床（熟成
产品）分析结果进行比较，据比较结果，出ＸＫ７的根找１７数
控铣床热特性的薄弱部件，而为提高Ｘ１从Ｋ７控铣床的７数
整机热特性指明了改进的方向．

数控机床主轴热特性分析

ＪｉａｎｇＳｈａｎ，ＺｈａｏＺｈｉｇａｎｇ，ＳｕｎＭｉｎｇｌｕ，ＧｕｏＪｉａｎｈｕｉ，ＹｕＨｏｎｇ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ；
２．ＳｐａｒｋＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，Ｔｉａｎｓｈｕｉ７４１０２４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｍａｌｅｒｒｏｒｏｆａｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓｐｉｎｄｌｅｉｓｔｈｅｋｅｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｒｍａｌｅｒｒｏｒｉｎｔｏｔａｌｃｏｍｐｕｔｅｒｎｕｍｅｒｉｃａｌ
第４６卷第９期
２０１３年９月
Ｄ０Ｉ１０．１１７８４／ｔｄｘｂ２０１３０９１５
天津大学学报（自然科学与工程技术版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）
ｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎａｌｔｒｅｓｅａｒｃｈｗｅｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙｔｏｃｏｎｉｒｆｍｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅａｎｄｖａｉａｒｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｅａｔｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｉｓｔｈａｔｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｈｅｍａｒｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｔｅｍｐｅｒａ — ｔｕｒｅｒｉｓｉｎｇｗｉｌｌｇｒａｄｕａｌｌｙｒｅａｃｈａｎｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｓｔａｔｅ，ｂｕｔｔｈｅｅｑｕｉｌｉｂｉｒｕｍｓｔａｔｅｉｓｎｏｔａｂｓｏｌｕｔｅｌｙｓｔｅａｄｙ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｈｅａｔ

基于接触热阻的主轴热特性有限元分析

关键词：触热阻；限元分析；接有热特性
中图分类号：Ｇ０．５Ｔ５２１文献标识码：Ａ文章编号：０ — ５１２０）２０２０１１４５（０８０ — ００— ３０
Ｆｉｉｅｅｅｅｔａｎｌｓｓｏｐｉｌｈｒａｈａａｔｒｂａｅｎｔｅｍａｏａｔｒｓｓａｅｎｔｌｍｎａｙｉｆｓｎｄｅｔｅｍｌｃｒｃｅｓｄｏｈｒｌｃｎｔｃｅｉｔｎｃ
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第２５卷第２期
２００８年２月
机
电
工
程
Ｖ（．５）２ＮＯ．１２Ｆｅｂ．２０８０
ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ＆ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＡＧＡＺＩＭＮＥ
基于接触热阻的主轴热特性有限元分析
Ａｂｓｒｔ：Ｃｏｓｄｉｇｈｅｎｕｅｃｏｈｅｍａｏａｔｅｉｔｎｅｔｈｃｎｔｃａｅｏａｉｇ，ｓｎｅｎｄｔａｃｎｉｅｒｎｔｉｆｎｅｆｔｒｌｃｎｔｃｒｓｓａｃａｔｅｏａｔｒａｆｂｅｒｎｌｐｉｄｌａｈｅｄｔｃａｓｏｋ，ａ
曹骏，胡佩俊，应济
（江大学现代制造研究所，江杭州３０２）浙浙１０７
摘要：考虑了轴承、轴和箱体接触区域的接触热阻影响的基础上，用大型有限元分析软件在主利
ＡＳＳ某型号机床的主轴系统进行了温度场建模，综合分析了整个系统的热态特性。论述了热源ＮＹ对并

数控车床主轴系统热特性有限元分析及验证

机械设计与制造
１８６ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第５期
２０１３年５月
数控车床主轴系统热特性有限元分析及验证
刘启伟
（沈阳机床（集团）设计研究院，辽宁沈阳１１０１４２）
ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＦｉｅｌｄ；ＴｈｅｒｍａｌＤｒｉｆｔ；ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄ；Ｓｔｅａｄｙ－ＴｈｅｒｍａｌＡｎａｌｙｓｉｓ；ＣｏｕｐｌｉｎｇＡｎａｌｙｓｉｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｅｅ ∞ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｆｏｒｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｆａｏＣＮＣｌｔａｈｅ．Ａｔｅｆｒｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇｔｈｅｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｆｏｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍ．ｔｈｅｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｒｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｆｅｌｄ“ ｔ哪ｓｉｅｕｒｌａｔｅｄ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅｒｍａｌ — ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｕｐｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｉｔｓｉｍｕｌｔａｅｄｔｈｅｄｅｆｏｒｍｔｉａｏｎｆｏｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｉｄｅｎｔｉｉｆｅｄｔｈｅｔｒｅｎｄｏｆｓｐｉｎｄｌｅａ￣ｓｅｍｂｌｙ＜ｍｄｓｐｉｎｄｌｅｂｏｘ．Ｆｏｒｖｅｒｆｎｉｇｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｔｅｓｔ（Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｅｆｌｄａｎｄｔｈｅｒｍａｌｄｒｆｉｔｔｅｓｔｓ）ｅｘｅｃｕｔｅｄ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓａｆｏｕｎｄｔｉａｏｎｆｏｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｆｓｏｐｉｎｄｌｅａｓｓｅｍｂ１）ａｎｄｔｈｅｒｍａｌｅｒｒｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ．

大型数控车床床身结构的有限元分析

大型数控车床床身结构的有限元分析数控车床是一种高精度、高速、高自动化的机械设备。

其关键部分是床身结构，在高精度切削加工过程中承担着不小的负荷，因此对于其结构的优化设计至关重要。

本文将通过有限元分析对数控车床床身结构的强度和刚度进行优化设计。

一、有限元分析的基本概念有限元分析是求解强度、振动、热力学等问题的一种重要方法。

有限元方法将一个复杂的结构分割成有限个单元，每个单元可以看作是一个简单的结构，可以通过计算单元内各个点的力和位移，得到整个结构的力和位移的分布情况。

在有限元分析中，要首先进行预处理，包括建模、离散化和求解算法的选择等步骤。

然后进行求解过程，通过解出各个单元的刚度矩阵和外载荷矩阵，再根据边界条件组成总刚度矩阵和外载荷矩阵，最终求解结构中各点的位移和应力等参数。

最后进行后处理，对计算结果进行分析和优化。

二、建立数控车床床身的有限元模型在进行有限元分析之前，需要建立数控车床床身的有限元模型。

床身结构可以分为两部分：主床身和副床身。

主床身是床身的主要承载部分，唯一支撑和固定主轴箱和刀架；副床身是连接两端的连接体，起连接两端床身和承受工件切削力的作用。

我们分别对主床身和副床身进行静力学分析，求解其强度和刚度。

三、床身结构的静力学分析床身结构主要受到外部力荷载和自重荷载的作用。

基本的受力情况如下：1. 主轴箱在切削时产生的切向力和径向力。

2. 刀架的重量产生的自重荷载。

3. 工件在切削时产生的切向力和径向力。

由于车床的高速旋转的特殊性，其受力情况十分复杂，难以通过简单的解析法求解，因此需要运用有限元分析的方法。

四、床身结构的优化设计基于前面的有限元分析结果，我们可以得到数控车床床身的强度和刚度情况。

若发现床身结构在受到切削载荷时强度不足或刚度不够，我们可以对床身结构进行优化设计，包括优化结构形状，材料选型等方式。

例如，我们可以通过增加床身的内部加强支撑件、合理改变断面的形状、优化床身连接部位的刚性等方式，提高其整体刚度和强度。

数控车床主轴力学特性的有限元分析方法

【５】龚曙光．ＡＮＳＹＳ工程应用实例解析［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００３．
（上接第２４５页）为了解决旋转液压缸１３．１串油或单向阀９．１卡死时引起的问题，增加了保压回路００２，保压回路００２由小功率定量泵单独供油，且在保压回路中选用具有卸荷功能的换向阀５，这样在泥炮打泥时保压回路为旋转液压缸保压，即使旋转液压缸１３．１串油或单向阀９．１卡死，仍能使泥炮嘴紧压在泥套上，完成本次周期，消除了安全隐患，保证了高炉的连续生产。在泥炮打泥完成后，定量泵可以通过换向阀５直接卸荷，减少了系统发热，提高了元件的使用寿命。（２）为了解决液控单向阀卡死时带来的问题，在液控单向阀前后各设１个常开球阀１．９和球阀１．１０，且在液控单向阀的进、出油口之间并联常闭球阀，这样在液控单向阀出现问题时，可以通过关闭球阀１．９和球阀１．１０、打开球阀１．１１来使本次操作顺利完成，保证了高炉的连续生产。３结论
限元分析［Ｊ］．力学与实践，２００７，２９（２）：５４—５６．
万方数据
【２】陈玉瑜，芮执元．用传递矩阵法分析机床主轴动态特性［Ｊ］．组合机床与自动化加工技术，２００７（３）：２３
—２５．
【３】王刚，郭茂林．航天航空滚动轴承刚度［Ｊ］．哈尔滨工业大学学报，２００１。３３（５）：６４４—６４５．
【４】杨美英．数控机床主轴组件设计及刚度计算［Ｊ］．机械．【程与自动化，２００４（２）：７１—７２．
对于主轴结构的静态和动态特性分析，目前常用的方法主要有解析法和有限元法…。应用解析法分析时，为了简化计算，需要进行较多的假设，计算精度不高口１。应用有限元法计算时，现有方法存在以下不足：（１）静态和动态分析采用相同的单元类型；（２）不考虑轴承刚度对分析结果的影响。众所周知，采用有限元法求解问题时，建模方法非常关键，模型的建立是否合理对求解结果的影响很大。其一是针对特定的求解对象，单元类型的选择是否合理。比如机床主轴刚度分析宜采用梁单元进行求解，而模态分析宜采用实体单元求解。其二是边界条件的考虑是否合理。机床主轴通过轴承安装在机架上，而轴承是弹性体，不能将其假设为刚体进行求解。

机床关键部件热特性分析及热性能优化设计

研究不足与展望
在研究中，虽然建立了机床关键部件的热特性分析模型，但模型仍存在一定的简化，未来可进一步考虑更
复杂的热传递方式和热物性参数的影响。
Hale Waihona Puke 输标02入题在实验验证中，虽然采用了多种测试方法，但仍存在一定的误差和不确定性，未来可进一步改进实验方法和提高测试精度。
01
03
针对不同机床关键部件的热特性分析，目前仅考虑了常见的几种部件，未来可进一步扩展研究范围，包括
06
结论与展望
研究结论总结
建立了机床关键部件的热特性分析模型，为热性能优化设计提供了理论依据。
针对不同机床关键部件的热特性进行了详细分析，为优化设计提供了具体指导。
通过实验验证了所建立模型的准确性和有效性，为实际应用提供了可靠的技术支持。
通过优化设计，提高了机床关键部件的热性能，降低了能耗和温度波动，提高了加工精度和稳定性。
05
机床关键部件热性能优化设计软件介绍
软件功能介绍
热特性分析
软件可以对机床关键部件进行热特性分析，包括温度场、热应力、热变形等。
热性能优化设计
软件可以根据分析结果，对关键部件进行热性能优化设计，提高机床的加工精度和效率。
多物理场耦合分析
软件支持多物理场耦合分析，包括流体、力学、电磁等，以更全面地评估关键部件的热性能。
目的和意义
目的
通过对机床关键部件的热特性进行分析，找出影响机床性能的关键因素，提出针对性的优化设计方案，提高机床的性能和使用寿命。
意义
通过对机床关键部件的热特性进行分析和优化设计，可以提高机床的加工精度、效率和使用寿命，降低生产成本，提高企业的竞争力。同时，也可以为其他机械设备的热特性分析和优化设计提供参考和借鉴。

基于ANSYS在数控机床上的热特性有限元分析开题报告

二、国内外研究综述
1、ANSYS软件在实体造型中的应用
2、ANSYS软件在虚拟装配中的应用
3、ANSYS软件在生成二维图样中的应用
三、主要研究内容
主要探讨的如何根据要求计算出与齿轮相关的各种参数,从而利用ANSYS软件设计出齿轮的实物造型。通过这篇文章的探讨我们将对齿轮的设计方法有一个全面的了解,并掌握ANSYS的基本使用技巧,为以后的工作,学习打下坚实的基础.
四、毕业论文（设计）的研究方法和技术路线
1.ANSYA软件的建模设计和对机床的热分析
建立机构运动的数学模型，创建程序流程图，编写程序，并在ANSYS软件中调试运行。
2.主要的技术指标及要求
（1）实现机床运动分析的及时、快捷、准确、方便。
（3）系统平台要求可视化，人机互动性强，可实现柔性输入，运行方便。
[3]张胜民主编《基于有限元软件的结构分析》清华大学出版社2003
[4]张世民等编著《机械原理》中央广播电视大学出版社1992
[5]肖正义．滚珠丝杠结构与性能发展动态[J]．功能部件，2001(9)：100-102
[6]何振威，全燕鸣，乐有树．基于有限元模拟的高速切削中切削热的研究[J]．工具技术，2006 40(3)：60-63
3.需要完成的工作
（1）熟悉ANSYS软件的编程使用；
（2）建立数学模型，使用ANSYS软件进行建模；
（3）系统集成调试,优化改进和现场测试；
（4）总结与论文撰写。
五、主要参考文NSYS应用》机械工业出版社2003
[2]梁清香张根全主编《有限元与MARC实现》机械工业出版社2003
[7]田维贤．机械制造中的热变形[M]．武汉：华中理工大学出版
[8]黄国权主编《有限元法及ANSYS应用》机械工业出版社2003

CKH1463精密数控车削中心电主轴热特性分析

ＴｈｅｒｍａｌＣｈａｒａｅｔｅｒｉｓｔｉＣＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｔｈｅＭｏｔｏｒｉｚｅｄＳｐｉｎｄｌｅｉｎＣＫＨ１４６３ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＣＮＣＴｕｒｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒ
ｉｓｔｉｃａｎｌｙａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｍａｄｅ，ａｎｄｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍ＇ｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｍａｒｌｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｗｅｒｅｇｏｔｔｅｎ．Ｉｔ
ｐｒｏｖｉｄｅｓｂａｓｉｓｏｒｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｔｈｅｍａｒｌｃｈａｒａｃｔｅｉｒｓｔｉｃａｎｄｄｏｉｎｇｒｅｌａｔｅｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｆｏｒｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅＣＮＣｍａｃｈｉｎｅ
ｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ．Ｔａｋｉｂｇｈｉｇｈ・ｓｐｅｅｄｍｏｔｏｉｒｚｅｄｓｐｉｎｄｌｅｏｆｐｒｅｃｉｓｉｏｎＣＮＣｔｕｒｎｉｎｇｃｅｎｔｅｒａｓｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｂｏｕｎｄａｒｙ

基于ANSYS的CK6136数控车床的有限元分析及优化设计

基于ANSYS的CK6136数控车床的有限元分析及优化设计概述数控车床是一种用来加工各种金属和非金属材料的机床。

通过对其结构进行有限元分析，并进行优化设计，可以有效提升其性能和可靠性。

本文将基于ANSYS软件对CK6136数控车床进行有限元分析及优化设计。

有限元分析有限元分析是一种数值计算方法，可以通过将结构离散为有限数量的单元，通过求解单元间的力学关系，得到整个结构的应力、应变等信息。

在对CK6136数控车床进行有限元分析时，可以按照以下步骤进行：1.建立模型：使用CAD软件建立CK6136数控车床的三维模型，并导入ANSYS中进行后续分析。

2.确定边界条件：根据实际情况，确定数控车床模型的边界条件，包括约束边界和荷载边界。

3.网格划分：将数控车床模型进行网格划分，将其离散为有限数量的单元，以便进行求解。

4.材料特性：对数控车床模型中的不同部件，设置相应的材料特性，包括弹性模量、泊松比等参数。

5.求解和分析：通过ANSYS进行求解，得到数控车床的应力、应变分布等结果，并进行分析。

优化设计在进行有限元分析的基础上，可以对CK6136数控车床进行优化设计，以提升其性能和可靠性。

优化设计的具体步骤如下：1.设计变量确定：根据数控车床的具体特点和设计要求，确定需要进行优化的设计变量，如刀架结构、主轴轴承等。

2.设计空间确定：根据设计变量的范围和约束条件，确定设计空间。

3.目标函数确定：根据优化目标，确定相应的目标函数，如最小化应力、最大化刚度等。

4.约束条件确定：根据设计要求和约束条件，确定相应的约束条件，如最大应力不超过其中一临界值等。

5.优化算法选择：选择合适的优化算法进行求解，如遗传算法、粒子群算法等。

6.优化求解：通过调整设计变量的取值，使用选定的优化算法进行求解，得到最优解。

7.结果分析：对优化结果进行分析，包括对最优解的解释和结构性能的评估。

总结本文基于ANSYS软件对CK6136数控车床进行了有限元分析及优化设计。

机床主轴有限元分析报告

机床主轴有限元分析基于ansys的机床主轴有限元分析摘要：随着高速数控机床的不断发展，对数控机床主轴的性能要求也开始逐渐提高。

机床主轴的动静态性能直接影响加工系统的精度和稳定性，因此，在设计阶段必须对其机床主轴进行相矢的性能校核。

利用有限元分析软件ANSY对s某机床主轴进行相应的分析，对其性能进行研究。

矢键词：ANSY，S主轴，有限元分析。

研究内容52问题描述：机床主轴材料为45号钢，弹性模量为2.06 x10 5 N.mm2，泊松比为0.3,儿何参数如下图。

图1主轴不意图主轴静态特性的基本概念主轴的静态特性反映了主轴抵抗静态外载荷的能力，静力学分析实际上是为了得到机床主轴在一定静态载荷作用下所产生的变形量。

在实际生产条件下，机床的主要失效形式大部分是由于机床的刚度不足而引起。

所以主轴静刚度的计算就显得尤为重要。

所谓的主轴静刚度实际上就是主轴的刚度，是机床主轴一个非常重要的性能指标，它直接反映出主轴负担载荷与抵抗振动的能力。

如果主轴的静刚度不足，主轴在切削力的作用下，会产生较大的变形量，并可能引起振动。

这样不仅会降低机床的加工精度、增大加工工件表面的粗糖度；也会对轴承造成较大磨损，破坏主轴系统的稳定性。

因此，主轴的静刚度是衡量机床性能的重要指标。

主轴的弯曲刚度的定义可以理解为：使主轴前端产生单位径向变形时，变形方向上所需施加的力F,即：主轴的静刚度，分为轴向静刚度与径向静刚度，上面提到的弯曲刚度实际上就是径向静刚度。

通常情况下，轴向刚度没有弯曲刚度重要。

弯曲刚度是衡量主轴刚度的重要指标，通常用来代指主轴的刚度。

1・主轴有限元模型的建立及边界条件的处理为了真实、准确、有效地对主轴进行特性分析，需要对机床主轴进行相应的简化。

对主轴的简化应该遵循以下原则：(1) 忽略对分析结果影响不大的细小特征，如倒角、倒圆等；(2) 对模型中的锥度和曲率曲面进行直线化和平面化的处理；(3) 忽略对主轴静态特性影响不大的零部件结构。

精密数控机床主轴系统热动态特性分析与研究

ＡｂｔａｔＴｈｒｉｌａｏｖｄｔｅｐｏｌｍｈｔｔｅｔｅｍａｅｏｍａｉｎｏｈｐｎｌｙｔｍｆｅｔｃｕａｙｏｓｒｃ：ｅａｔｅｈｓｓｌｅｈｒｂｅｔａｈｈｒｌｄｆｒｔｏｆｔｅｓｉｄｅｓｓｅａｆｃｓａｃｒｃｆｃ
振型叠加法利用结构的振型缩减和解耦运动方
程，对各个模态响应进行叠加，到一定外载荷时间得
较为明确，更便于利用系统较低的若干阶固有频率
・
９・２
《技术新工艺》・加工工艺技术与材料研究２１新热０１年第７期
Ｋ。选择时间步长 △ 和参数０形成系统有效的系，数矩阵：
一
＋Ｋ
ＣＮＣ，ｄｅｍｉｄｒｌｔｏｎｈｉｂｔｅｎｃｎｇｏｅｐｅａｕｒｎｄｈｅｔｒａｄｆｍａｉｎｆｔｓｉｅｓｔｍ，ｅｔｂｅｔｒｎｅｅａｉｓｐｅｗｅｈａｅｆｔｍｒｔｅａｔｈｅｍｌｅｏｒｔｏｏｈｅｐｎｄｌｙｓｅｓａ
精密数控机床主轴系统热动态特性分析与研究
汪红波，王建强
（浙江师范大学机电技术研究中心，江金华３１１）浙２０９
摘要：解决了因主轴热变形引起的数控机床加工精度下降的问题，立了精密数控机床主轴径向建和轴向动态热变形的计算机精细数值计算模型和主轴热误差动态预报理论模型，以期揭示温度变化对精密数控机床加工精度的影响机理，为精密数控机床综合误差补偿提供理论依据和技术支撑。本文采用理

加工中心主轴系统的热变形分析与有限元计算

ｗｅｒｅ啪删ｒｅｄｆｉｅｌｄａｎｄｔｌｌｅ山ｅⅡｎａｌｄｅｆｏ舢ａｔｉ加０ｆＩｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍ
ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ、ｒｉｎｕ８ｌｉｎｓｔｎｌｍｅｎｔ８妣ｈｎｏｌｏｇｙ．ｎｅＦＥＭｍｏｄｅｌｏｆ
ｔｈｅ删ｄｅｆｏｍａｔｉｏｎｔｈｅｔｈｅ彻ａｌｄｅｆｏ册ａｔｉ佣ｏｆｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍｗ鼬ｂｕｉｌｔｕｐｂｌＩｓｅｄｏｎＩ．ＤＥＡＳ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ６ｅｌｄ粕ｄｔ｝ｌｅ
隔３０血ｎ左右采集一次数据。
１。２测量结果分析
主轴套筒的温度变化如图４所示。从图可知，机床开始运转时温升较快，且主轴套筒附近温度变化最剧烈，而主轴箱的靠近侧壁部分温度最低，主轴箱的
后部、底部温升为５—８℃。因此主轴箱的温度分布基本以主轴为中心线，温升沿半径方向减小。主轴是机床最大的热源。主轴套筒由于靠近主轴轴承温度变
收稿日期：２００７—０３—３０作者简介：穆塔里夫·阿赫迈德（１９６３一），男，维吾尔族，新疆莎车人，教授，硕士生导师。主要研究方向：机构学、机
械设计及理论、虚拟制造。电话：０９９１—４５５６２４５，１３８９９８５２６２４。Ｅ—ｍａｉｌ：ｍｔｌｐ＠２６３．ｎｅｔ。
万方数据
第２期
穆塔里夫·阿赫迈德等：加工中心主轴系统的热变形分析与有限元计算
ＭｕｔｅｌｌｉｐＡｈｍａｔ。ＣＨＥＮＧＷｅｉ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎ百ｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉｎｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＵｍｍｑｉＸｉｎｊｉａｎｇ８３０００８，Ｃｈｉｎａ）
Ａ瞰瑚屺ｔ：７ｒｈｅｃｈｉｅｆｈｅａｔｓｏｕｒｃ铭ｏｆｔｌｌｅ叩ｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅＴＨ６３５０ｍｃｈｉｎｉｎｇｃｅｍｅｒｗｅｒｅａ眦ｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｔｅ“ｐｅｍｔｕｒｅ

车削中心主轴系统热特性有限元分析的研究

中图分类号：Ｈ１１４Ｔ６．文献标识码：Ａ
ＦｅｈｅＴｈｒｌＣｈａａｃｅｉｔｃＡｎａｙｓｓｏｉｅＳｓｅｏａｏｎｔｅｍａｒｔｒｓｉｌｉｇＣｅｅＬｉｈａ，ＬＵＹｏ — ｉｎ，ＨＡＮｉ－ｉｎＩＪｎ— ｕＩｎｇｘａＪａｌａｇ，ＹＵｎＹａｇ
（ｃｏｌｆｃａｉｌｎｉｅｒｇ＆ＡｔｍｔｎＮｒｅｓｒｎｖｒｔ，ｈｎａｇ１，ｈｎ）ＳｈｏｏＭｅｈｎｃｇｎｅｉａＥｎｕｏａｉ，ｏｔａｔｎＵｉｓｙＳｅｙｎ８Ｃｉａｏｈｅｅｉ１１０９
文章编号：０１２５２１）１— ０６— ３１０ —２６（０１１０００
车削中心主轴系统热特性有限元分析的研究米
李金华，永贤，家亮，杨刘韩于
（东北大学机械工程与自动化学院，阳１０１）沈１８９摘要：以精密车削中心主轴系统为研究对象，有限元技术应用于其主轴系统的热特性研究，将在机床
部件变形或膨胀而引起工件和刀具之间的相对位
场为基础计算出主轴的热变形。从而在该机床的设计阶段预测了机床主轴箱体的温度场和热变形情况，为机床结构改进和热补偿措施提供了相关依据。
１车削中心主轴系统结构
．
该车削中心由床身、主轴箱、盘、鞍、座、卡床尾

卧式HMC500 主轴系统热特性分析及结构优化

收稿日期：2017－05－260引言热误差是数控机床的主要误差源之一，是由温度升高以及分布不均引起的，热误差占机床总误差的40%~70%［1⁃2］，对超精密机床的影响极大［3］，热问题已成为影响精密机床精度的关键因素。

主轴系统是数控机床的核心部件，其旋转产生的热量是引起机床热变形的重要因素之一［4］，因此主轴系统的热特性分析与设计对保证机床精度至关重要，成为了高速高精度机床必须考虑的关键技术之一［5］。

为了更好地进行热误差补偿，需要在测试前对机床的温度分布和热变形规律进行预测。

本文运用有限元理论，以HMC500主轴系统为研究对象，得到了主轴系统在8000r/min 转速下的稳态温度场分布和热变形规律。

在热变形分析的基础上，提出主轴箱结构的改进方案——合理设计多个凹槽，并利用CAE 软件进一步优化凹槽尺寸，得到主轴系统的最小热变形。

卧式HMC500主轴系统热特性分析及结构优化吴永伟邬再新鲍政伟兰州理工大学机电工程学院，兰州，730050摘要：以HMC500主轴系统的特有结构为研究对象，建立主轴系统的温度场模型。

实验结果表明，主轴系统热变形与温度有较好的对应关系，主轴发热量增大引起主轴变形增大，而主轴轴承的摩擦生热是主轴系统热量产生的重要原因，主轴系统的最高温升位于前轴承内圈处。

进一步仿真计算主轴系统的热变形，通过对主轴箱体散热凹面的优化设计，可有效降低主轴系统温升，使主轴系统的热变形达到最小，从而使关键部位变形小于10μm ，满足机床的设计要求。

在优化后的主轴箱系统上布置温度传感器和位移传感器，在8000r/min 转速下进行实时测量，将实验结果与ANSYS 的模拟结果进行对比，验证了优化结构的可行性与可靠性。

关键词：主轴系统；热分析；热变形；优化设计中图分类号：TG502.15DOI ：10.3969/j.issn.1004⁃132X.2018.13.013开放科学(资源服务)标识码(OSID)：Thermal Characteristics Analysis and Structural Optimization ofHorizontal HMC500Spindle SystemsWU YongweiWU ZaixinBAO ZhenweiSchool of Mechanical and Electriccal Engineering ，Lanzhou University of Technology ，Lanzhou ，730050Abstract ：Taking the unique structure of the HMC500spindle systems as the research object ，the temperature field model of the spindle systems was established.It is found that the thermal deformations of the spindle systems have a good correspondence with the temperatures.Spindle deformation increases are caused by spindle heat increases.The spindle bearing friction heats are an important reason for the heat generated by the spindle systems.The experimental results show that the maximum temperature rise of the spindle systems is located in the inner rings of the front bearings.The thermal deformations of the spindle systems were further calculated ，and the optimal design of the cooling surface of the spindle boxex could reduce the temperature rise of the spindle systems effectively ，so that the thermal deforma⁃tions of the spindle systems could be minimized ，so that the key part is less than 10μm ，which may meet the design claims of the machine.On the spindle box system of the optimized arrangement of tem⁃perature sensors and displacement sensors ，the real⁃time measurements were carried out under the speed of 8000r /min.The experimental results were compared with the simulation ones of ANSYS to verify the feasibility and reliability of the optimized structure.Key words：spindle system ；thermal analysis ；thermal deformation ；optimal design··15961有限元分析任务流程有限元分析任务流程见图1。

数控机床主轴系统多物理场耦合热态特性分析研究

数控机床主轴系统多物理场耦合热态特性分析研究一、本文概述随着现代制造业的飞速发展，数控机床作为关键设备，其性能优化与技术创新日益受到重视。

主轴系统是数控机床的核心组成部分，其热态特性直接影响机床的加工精度和稳定性。

因此，对数控机床主轴系统的多物理场耦合热态特性进行深入研究，对于提升机床性能、保证加工质量具有重要的理论意义和实践价值。

本文旨在通过多物理场耦合分析，全面探究数控机床主轴系统在热态下的性能表现。

文章首先介绍了数控机床主轴系统的基本结构和功能，分析了主轴系统在工作过程中产生的热量来源及其影响因素。

在此基础上，探讨了主轴系统内部温度场、应力场、流场等多物理场的相互作用及其耦合机制。

通过理论分析和实验研究相结合的方法，深入研究了主轴系统多物理场耦合热态特性的变化规律及其影响因素，为优化数控机床主轴系统设计和提高机床加工性能提供了理论依据和技术支持。

本文的研究内容不仅有助于深化对数控机床主轴系统热态特性的认识，也为相关领域的科学研究和技术创新提供了有益的参考和借鉴。

本文的研究成果对于推动制造业转型升级、提高我国数控机床产业的整体竞争力具有积极的促进作用。

二、数控机床主轴系统结构与工作原理数控机床主轴系统是机床的重要组成部分，它直接影响到机床的加工精度和效率。

主轴系统的主要功能是通过高速旋转，带动刀具进行切削操作，从而实现对工件的精确加工。

主轴系统的性能稳定与否，直接关系到机床的加工质量和可靠性。

主轴系统的结构一般包括主轴、轴承、传动装置和冷却润滑系统等部分。

主轴是主轴系统的核心部件，通常采用高强度、高刚度的材料制成，以保证在高速旋转时具有足够的强度和稳定性。

轴承则是支撑主轴的重要部件，常用的轴承类型有滚动轴承和静压轴承等，它们的主要作用是承受主轴的径向和轴向载荷，保证主轴的旋转精度和稳定性。

传动装置是主轴系统的动力来源，它负责将电机的动力传递到主轴上，驱动主轴进行旋转。

传动装置通常由齿轮、皮带或联轴器等部件组成，其设计和制造精度直接影响到主轴的旋转精度和稳定性。

基于有限元方法的数控铣床整机热特性分析

基于有限元方法的数控铣床整机热特性分析摘要: 使用有限元方法,对新设计的XK717 数控铣床进行了整机热特性分析,并与XK510 数控铣床（成熟产品）的分析结果进行比较,根据比较结果,找出XK717 数控铣床热特性的薄弱部件,从而为提高XK717 数控铣床的整机热特性指明了改进的方向.关键词: 热特性;有限元;数控铣床在机械加工中,工艺系统在各种热源（摩擦热、切削热、环境温度、热辐射等）的作用下,产生温度场,致使机床、刀具、工件、夹具等产生热变形,从而影响工件与刀具间的相对位移,造成加工误差,进而影响零件的加工精度. 根据英国伯明翰大学J . Pe2clenik 教授调查统计表明,在精密加工中,热变形引起的制造误差,占总制造误差的40 %～70 % . 所以,如何减少热变形,提高加工精度,是机床设计中非常棘手和重要的问题.目前,有很多学者通过试验和理论分析,对机床的热变形进行研究. 如浙江大学,对弹性热接触问题用有限元方法进行研究,而且对有限元系统进行开发,并应用于TKA6916 数控落地铣镗床的结构优化上,取得了一定的成果[1 ] . Okuyama 等人,通过实验测量了在平面研磨机工作过程中,砂轮主轴和工作台的相对热位移,并使用有限元方法对研磨机的热变形进行理论研究,结果表明理论与实验结论相一致[ 2 ] . Moriwaki 等人通过实验和有限元方法研究了由于环境温度变化引起的热变形对加工中心的影响[3 ] . 本文将通过有限元方法,对新设计的XK717数控铣床进行整机热特性分析,并与XK510 数控铣床（成熟产品）的分析结果进行比较,根据比较结果,找出XK717 数控铣床热特性的薄弱部件,从而为提高数控铣床的热特性指明了改进的方向.1 整机有限元模型考虑到XK717 数控铣床的结构相当复杂,为了便于有限元分析,对其结构进行适当的简化. 并采用20 节点体单元SOL ID95 进行网格划分,整机有限元模型如图1 所示.2 分析条件XK717 数控铣床的主轴系统前支承采用7020C 轴承,成对串联、开口朝下安装,中间支承也采用7020C 轴承,成对串联、开口朝上安装,设计预紧力为500 N ,后支承采用7018C 轴承,成对背靠背安装,设计预紧力为200 N ,轴承布置如图2 所示.对于典型的铣削工艺,使用立铣刀（高速钢）直径为40 mm ,齿数为Z = 6 ,对碳钢进行加工,其铣削深度a[sub]p[/sub] = 20 mm ,铣削宽度a[sub]e[/sub] = 2 mm ,每齿进给量a[sub]f[/sub] = 0. 01 mm ,转速为3500 r/ min ,假设工作台上的能量沿X 方向的分布,如图3 所示.并假设被工作台吸收的总能量为切削能量的10 %. 根据这些条件可计算出热分析的边界条件,具体的计算方法见文献[4 ]. 机床各部分材料特性如表1所示.3 结果分析图4 为主轴转速在3 500 r/ min 时,XK717 数控铣床整机温度场云图. 从图中可以看出,铣床温度比较高的部位在主轴的前支承部位;前、中、后支承的平均温度值分别为62.13 ℃, 57. 44 ℃, 45. 35℃. 图5 为XK717 数控铣床整机热变形云图,从图中可以看出,主轴箱前面部分热变形比较严重,而主要影响加工精度的主轴前端面平均热变形量为0. 143 mm.[align=center][/align]图6 、图7 分别为在相同仿真条件下,XK510 数控铣床的温度场和热变形场的云图. 前、中、后支承的平均温度值分别为52. 7 ℃,52. 71 ℃,36. 5 ℃,而主轴前端面平均热变形量为0. 062 mm.通过比较可知,XK717 数控铣床的轴承温升比XK510 数控铣床的温升要高,而主轴前端面热变形量大2 倍多. 这主要是因为:[align=center][/align]（1）XK717 数控铣床的轴承个数多,前、中、后各2 个,共6 个,而XK510 铣床只有4 个,前支承两个,中、后支承各1 个;（2）XK717 铣床是大型数控铣床,主轴直径为0. 1 m 左右,而XK510 铣床只有0. 065 m ,这就表明在选择轴承时,新设计的XK717 数控铣床的轴承尺寸要比原铣床的大的多.上述2 个原因直接影响到数控铣床轴承的发热量,进而影响到轴承的温升和主轴的热变形. 由于XK510 数控铣床是成熟产品,在使用中,加工精度一直比较高,而分析结果表明新设计的XK717 数控铣床热变形精度明显没有XK510 数控铣床的精度高. 因此,很有必要对XK717 数控铣床采取一些措施,来减少机床的热变形. 从结果云图可以看出,主轴及主轴箱部件是影响主轴热变形的关键所在.4 结语通过对新开发设计的XK717 数控铣床进行整机热特性分析,并与XK510 数控铣床的结果进行比较,结果表明XK717 数控铣床的热变形精度没有原铣床的精度好,并且对其原因进行了分析,而且从结果云图中可以看出,XK717 数控铣床主轴及主轴箱部件是温度和热变形最为严重的部件,因此,应采取相应的措施来提高主轴和主轴箱部件的热特性.。

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基金项目:上海市科学技术委员会资助项目(071107029)收稿日期:2008年5月数控机床主轴系统热特性有限元分析应杏娟,李郝林上海理工大学摘要:机床主轴系统的热变形是影响机床精度的主要因素,本文使用有限元法对数控螺纹磨床主轴系统建立了温度场模型并计算了温度分布,然后计算出系统的热变形。

计算结果为主轴系统的进一步设计计算和热变形控制提供了基础。

关键词:数控机床;有限元分析;温度场;热误差中图分类号:TG 506.1,TG 527 文献标志码:AFEA of Thermal Characteristics for CNC Machine Spindle SystemY ing X ingjuan ,Li HaolinAbstract :The thermal deformations of a machine tool spindle system are the main factors that affect machine tool precision.In this paper the tem perature field and thermal error is simulated using the finite element analysis.The result provides the way to further design and controlls the thermal error.K eyw ords :C NC machine ;finite element analysis ;tem perature field ;thermal error 1　引言现代机械工业的发展对数控机床的加工精度提出了越来越高的要求。

数控机床在切削加工过程中,内部热源会产生一定发热量并通过零部件之间的传导、与周围空气的对流散热等方式传递热量,从而在机床内部形成非均匀的温度场,导致零部件发生不同程度的热变形误差,从而使机床的加工精度下降。

影响机床精度的误差可以分为几何误差、热误差和切削力引起的误差,其中热源对加工精度的影响很大,热误差占总误差的比例可以占到70%。

要提高加工精度必须对机床的热变形作定量研究,并在加工过程中作合理控制与补偿。

通过实验的方法来获得温度分布和热变形误差通常导致大量时间和传感器的浪费,因此在机床热误差分析领域用模拟计算方法来代替实验方法显得越来越重要[1-3]。

主轴系统是数控机床的核心部件,其旋转时产生的热量引起的热变形是机床总的热变形的重要因素之一,主轴系统的热特性分析对提高机床精度至关重要。

因此本文以一种数控螺纹磨床的主轴系统为例,利用有限元法建模进行瞬态热分析,计算瞬态温度分布,并据此计算主轴系统的热变形。

2　主轴系统有限元模型的建立由于主轴系统结构的复杂性,要获得其温度场的精确解释解是困难的,有限元方法是用数值方法进行温度场计算的有力工具。

实际证明在运用有限元分析时,如果正确定义边界条件并且单元足够细分,数值解可以非常接近解释解[3]。

本文研究的主轴部件由主轴、主轴箱、前后轴承等组成。

计算中使用Ansys10.0有限元分析软件建立了经过简化的有限元模型(见图1),简化原则为:(1)忽略对计算结果影响不大的细小结构;(2)主轴上隔套、砂轮等零件不参与建模;(3)由于主轴转速很高,轴承内的滚珠用等截面圆环代替;(4)主轴部件底部用螺钉固定,在x 、y 、z 方向没有热位移。

x 、y 方向为径向,z 方向为轴向。

温度场分析采用了S O LI D87单元,热变形分析转换为结构单元S O LI D92,整个模型分为59505个单元、89274个节点,计算时假定环境温度为20℃。

3　主轴系统温度场和热误差的计算3.1　发热量的计算该主轴系统的主轴电机距离主轴较远,可以忽图1　主轴系统有限元模型83工具技术略电机发热对主轴系统的影响,因此其主要热源是前、后轴承的滚珠和滚道之间的摩擦发热,滚动轴承发热量的计算公式为[4]Q=11047×10-1nM(1)式中　Q———轴承产生的热量,WN———轴承转速,r/minM———轴承摩擦力矩,Nm轴承摩擦力矩M由二部分组成,分别是:润滑剂摩擦引起的M1和轴承负荷引起的M2,所以M= M1+M2。

M1=f0・(ν0n)2/3d m3(2)式中　f0———考虑轴承结构类型和润滑类型的系数ν———润滑脂的工作粘度,m2/sd m———轴承中径,mM2=μ0f1Fd m/2(3)式中　μ0———与负荷及轴承结构类型有关的摩擦系数f1———反映负荷方向的系数F———轴承负荷,N当主轴转速为2000r/min时,计算得到前后轴承的摩擦力矩分别为017020Nm和015377Nm,发热量分别为147kW和11216kW。

将轴承发热量作为热源边界条件以生热率的形式施加到主轴有限元模型上。

3.2　对流系数的计算对流系数采用努谢尔特准则方程计算。

在强迫对流条件下,当主轴以一定的转速旋转时,与空气间的对流换热系数可按下式计算[5-6]α=N u k fluidl(4)式中　α———零件表面与空气间的对流换热系数,W/(m2・℃)k fluid———空气的导热系数,W/(m・℃)N u———努谢尔特数L———定型尺寸(m),当对流换热发生在圆柱表面时,l为该圆柱截面的周长,l=πd,d为轴的直径不同条件下,努谢尔特数N u可由雷诺数R e和普朗特数P r求得。

在本文条件下,努谢尔特数N u为N u=0.664R e1/2P r1/3(5)R e=ul/v(6)式中　v———空气运动粘度,m2/su———空气流速,m/s,可按式u=πdn/60计算,n为轴的转速(r/min)机床受热情况下,其温度一般低于60℃,可以查到:普朗特数P r=01707-01696,取017作为其平均值;空气导热系数k fluid=(2144-2189)×10-2(W/ mk),取平均值2167×10-2(W/mk);空气运动粘度=(13126-17197)×10-6(m2/s),取其平均值1516310-6(m2/s)。

根据上述公式计算得到的对流系数较小,但是实际上主轴安装有砂轮等其他零件,因而散热条件大大改变,使得系统的对流系数很难理论精确确定,因此,本文在进行温度场计算时对流系数从100-400W/m2℃进行了试算,最后确定为400W/m2℃,位于主轴箱内部的表面因散热条件差取对流系数为80W/m2℃。

当主轴停止转动时,根据经验数据取对流系数为10-20W/m2℃,箱壁自由换热表面取10 -20W/m2℃。

3.3　主轴系统温度场和热变形的计算和分析在主轴系统的热分析过程中,按如下顺序加载:启动机床运转600s→停止300s→重新启动运转1200s→停止300s→再启动运转直到2h。

在上述边界条件下计算了主轴系统在工作状态下运转2h内的瞬态温度场分布,然后以主轴瞬态温度场作为载荷,加上主轴系统的位移约束条件,进行主轴系统的“热—结构”耦合分析,得到主轴系统瞬态热变形结果。

图2为主轴系统运转2h后温度场分布。

最高温升为2618℃,出现在前轴承内圈处。

图2　主轴系统温度分布图图3为主轴箱体顶面测点1(中间位置)、测点2 (靠近后轴承)和测点3(靠近前轴承)的温升曲线,测点位置如图1所示。

可以看到,系统在上述加载条件下,约在4000s左右达到热平衡(每12min温升不超过1℃)。

靠近发热量大的前轴承的测点3温升最大,靠近发热量较小的后轴承的测点2温升稍小,远离发热点的测点1温升最小。

另外还可以清楚地发现温度的滞后效应:靠近热源的测点2、测点3在升降温过程中相应迅速而且温升变化较大;而932010年第44卷№1远离热源的测点1,升降温相应滞后一段时间,且在升降温过程中温升变化较小。

图3　温升—时间曲线主轴顶端中心A 点(见图1)的x 、y 、z 方向的热变形位移和综合变形热位移如图4所示,最大综合位移量为3913μm 。

热变形误差主要发生在轴向z 方向,是构成综合热位移的主要分量。

径向x 方向热位移虽然在升降温过程中有明显的热胀冷缩效应,但随着温度继续升高,位移并不像预料中那样增加,而是稍有减少;径向y 方向的位移变化非常缓慢。

产生这种现象的原因可以作如下解释:x 方向,随着继续升温,热位移应该随着“热胀”而增大,但是,主轴的轴线同时也因热变形而发生了倾斜,倾斜的方向与“热胀”方向相反,因而出现了位移反而减少的现象。

y 方向,由于模型基本是轴对称的,所以轴中心线上的点在y 方向的位置基本不会变化,所以在y 方向热位移很小。

(a )x方向位移(b )y方向位移(c )z方向位移(d )综合位移图4　顶端中心点热误差—时间曲线 4　结语本文计算了数控螺纹磨床主轴系统在特定加载条件下的温度场分布以及热变形误差,可知主轴系统在4000s 左右达到热平衡稳定状态,最高温度出现在前轴承内圈处,最高温升为2618℃,非热源点的温度曲线有明显的滞后效应。

热变形主要发生在轴向的热伸长,径向变形量相对较小,而且当温度升高时,径向变形变化较缓慢。

参考文献[1]倪军.数控机床误差补偿研究的回顾及展望[J ].中国机械工程,1997,8(1):29-33.[2]杨建国,任永强,朱卫斌,等.数控机床热误差补偿模型在线修正方法研究[J ].机械工程学报,2003,39(3):81-84.[3]Zhao Haitao ,Y ang Jiangguo ,Shen Jinhua.S imulation of be 2havior of a C NC machine tool spindle [J ].International Journal of Machine T ools and Manu facture ,47(2007)1003-1010.[4]埃斯曼,哈斯巴根,韦根特.滚动轴承设计与应用手册,华中工学院出版社,1985,5.[5]Jin K yung Choi ,Dai G il Lee.Thermal characteristics of the spindle bearing system with a gear located on the bearing span.International Journal of Machine T ools &Manu facture ,38(1998):1017-1030.[6]梁允奇.机械制造中的传热与热变形基础.机械工业出版社,1982,7.第一作者:应杏娟,上海理工大学,200093上海市First Author :Y ing X ingjuan ,Shanghai University of T echnolo 2gy ,Shanghai 200093,China4工具技术。