卧式加工中心主轴温度场预测与热误差分布.pdf

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1、主题：科技重大专项及相关技术IlOplCS：Maior~clenceandlechnologyProam’卧式加工中心主轴温度场预测与热误差分布仇健刘启伟刘春时马晓波林剑峰(沈阳机床(集团)有限责任公司高档数控机床国家重点实验室，辽宁沈阳110142)摘要：通过有限元与试验测试结合的方式。研究了加工中心主轴温度场和热误差分布规律。研究发现，卧式加工中心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，主轴转子与轴承的摩擦生热是主轴系统高速转动时热量产生的主要原因。主轴热平衡时间大约90rain左

2、右，并且后轴承附近的温度最高。温升幅度最大。通过有限元方法进行热分析，可以在机床样机定型之前进行热对称结构设计，提前进行结构优化。关键词：机床主轴有限元分析温度场分布热误差中图分类号：TG580．614文献标识码：AForecastofhorizontalmachiningcenterspindlethermalfieldandthermalerrorsdistributionQIUJian，LIUQiwei，LIUChunshi，MAXiaobo，LINJianfeng(StateKeyLaborator

3、y，ShenyangMachineTool(Group)Co．，Ltd．，Shenyang110142，CHN)Abstract：TheresearchofthermalfieldanderrorsdistributionofhorizontalmachiningcenterspindlehavebeencarriedonbyFEAandexperimentaltest．Itisfoundthattherelationbetweenthermalerorsandtern—peraturecorrespond

4、swell，andthermalerrorsincreasewithcalorificvalueofspindlerises．Frictionalheatbetweenspindlerotorandbearingsisthemainreasonofspindleheat．Meanwhile，thermalbalan—cingtimeisnear90min，andtemperatureandtemperaturerisingamplitudearethehighest．Structuraldesigncanb

5、eoptimizedbythermalsymmetricdesignandthermalanalysisusingFEAbeforemachinetoolprototypeismade．Keywords：MachineToolsSpindle；FEA；ThermalFieldDistribution；ThermalErors热误差是影响数控机床加工精度的最大误差源之忽略切削热，由式(1)计算获得主轴轴承热量Q为]。一，而在各项热源中，主轴的摩擦热是最大热源，因主Q=0．1047xl0Mn(1)轴发热造成的热

6、变形也是对加工精度影响最大的因式中：M为轴承摩擦力矩，N·m；n为轴承转速，素。r／min。M由M和两部分组成，M为与轴承载荷、国际上对机床热误差监测和控制研究较多，针对滚动体接触变形及滑动摩擦有关的摩擦力矩分量；热误差的改善措施大体可概括为3点]：(1)热敏感为与轴承负荷、润滑剂的流体动力消耗、轴承转速有关控制；(2)热平衡控制；(3)热变形补偿。国内沈阳机的摩擦力矩分量。M和M分别可由式(2)～(4)计床集团、上海交通大学、浙江大学、华中科技大学和天算。津大学等研究机构在机床误差及补偿方面有着良好的M=

7、Lp。d(2)研究基础。(1)当yn>2000m·r／rain时M2：10一(yn)d(3)1有限元热稳态仿真(2)当Tn<2000m·r／min。时沈阳机床某型卧式加工中心采用机械式主轴结M2：160X10一d(4)构，机床主轴系统主要热源为前、后轴承的摩擦生热，式中为与轴承类型和负载有关的系数；P为确定轴对于主轴系统空转时可不考虑电动机和减速器发热，承摩擦力矩的计算负荷，与轴承类型和径向、轴向载荷}国家科技重大专项(2010ZX04016—011)；“973”计划项目(2010CB736003)划203

8、2~主题目g：＼科_i}技jrx重大g专项#及相关g目技＼术Topics：MajorScienceandTechnologyProgram变形与温度联系的温度测点，测点位置如表3所示。45为更好地评价热特性，160rain后主轴转速提高至5000r／min。从实验结果来看，主轴前后两端温度最4O一．．笠-测点1，、·测点2高，温升平均达到了10℃。从主轴结构可知此2处为35·测点3v测点4主轴前后轴承，说明转子与