机床滚珠丝杠温度场热特性分析.pdf

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1、第30卷第5期计算机仿真2013年5月文章编号：1006—9348(2013)05—0273—04机床滚珠丝杠温度场热特性分析杨丽，袁志华(沈阳理工大学装备工程学院，辽宁沈阳110159)摘要：机床加工过程生成热导致滚珠丝杠热变形，影响加工精度。以往的研究主要通过传统的解析方法计算得到滚珠丝杠热变形量，并没有考虑机床运行过程生成热引起机件热变形的影响。考虑热源的温度场影响，应用有限元分析法建立模型，并进行仿真，从而得到滚珠丝杠的热变形量和热变形的影响因素。研究结果为分析滚珠丝杠热变形对加工精度的影响和提高机床加工精度的优化设计提供

2、了参考，为机床加工的误差补偿提供了理论依据。关键词：滚珠丝杠；热变形；温度场；有限元；机床中图分类号：TG335．58文献标识码：AStudyonThermalCharacteristicsofBaliScrewofMachineToolYANGLi．YUANZhi—hua(SchoolofEquipmentEngineering，ShenyangLigongUniversity，ShenyangLiaoning110159，China)ABSTRACT：Heatgeneratedfrommachiningprocesswillr

3、esultinthermaldeformationofballscrewandaffectingworkingaccuracy．Itsthermaldeformationwasworkedoutthroughtraditionalanalyticmethodaccordingtopastresear-ches，whichneglectsthermaldeformationofpartsduringmachiningprocessandthenaffectstheaccuracyofresults．Influencesoftherm

4、aldeformationcanbegainedthroughFEA，whichincludesmodeling，bringingtemperaturefieldofheatproducerintomodel，carryingoutnumericalsimulationandachievingthermaldeformationofballscrew．Re-searchresultshelptoanalyzehowthermaldeformationofballscrewworksonworkingaccuracyandoptim

5、izationde-signofimprovingaccuracyandthenprovidesometheoreticalbasisincompensatingerrorsduringmachiningprocess．KEYWORDS：BallSCreW；Thermaldeformation；Temperaturefield；FEA；Machinetool1引言现代机械加工对机床加工精度的要求也越来越高，然而机床在加工过程中，机件由于受力、发热、摩擦等因素产生大量热量导致温度升高，产生热变形，这些变形会使机床出现加工误差，降低机

6、床的加工精度。如何提高机床的加工精度是提高机床质量的重要手段之一。机床进给机构处于机床加工传动链的最后一环，进给机构的热变形将直接影响机床的加工精度，滚珠丝杠是供给机构的重要构件，因此研究机床滚珠丝杠的热特性具有重要的意义。在国内，郑宏民⋯等对温度场模糊随机有限元法进行了研究。周超。21等介绍了热传导及其在航天器系统中的计算方法。杨锦斌口-介绍几种滚珠丝杠热位移的抑制对策，有效控制了机床进给轴的定位精度。陈琳M1利用有限元分析理论，对磨削过程中丝杠进行稳态、瞬态热分析。缪亚雄¨1利用ANSYS中的APDL语言实现了滚珠丝杆上移动热

7、源的往复移动，更精确地得到了丝杠传动过程中的温度场和热变形基金项目：国家自然科学基金资助项目(51205052)收稿日期：2013—03—14修回日期：2013—03—16量。王大伟旧。利用有限元法得到滚珠丝杠传动过程中温度场的分布规律以及对温度对丝杠变形量的影响关系。国外HUSEYIN【7o在ANSYS5．0软件建立了导轨的有限元模型，得到导轨上的压力分布和变形量。Sun—KyuLee¨1研究了导轨上的热变形对导轨面接触状况的影响。目前，针对滚珠丝杠工作考虑移动热源对加工精度的影响的研究比较少。大部分研究是通过传统的解析方法计算

8、得到滚珠丝杠热变形量，或者单一考虑静态温度场的影响，造成计算结果不准确，影响计算结果的精确性。本文采用计算机仿真技术，应用ANSYS有限元软件，建立模型，先计算丝杠的瞬态温度场，然后将温度作为载荷加载在丝杠上，再计算得到丝杠的热变形，分别进行了静态