基于ANSYS的主轴热变形建模与分析.pdf

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1、第12期机械设计与制造2011年12月MachineryDesign&Manufacture73文章编号：1001—3997(2011)12—0073—02基于ANSYS的主轴热变形建模与分析术孙小帅董辛昊刘爱国尹献德z(’郑州大学机械工程学院，郑州450001)(河南省特种设备安全监测研究院，郑州450004)ModelingandanalysisforthermaIdeformationofspindlebasedonANSYSSUNXiao-shuaP,DONGXin-minl,LIUAi-guo2,YINXian-de

2、2(。SchoolofMechanicalEngineering，ZhengZhouUniversity，Zhengzhou450001，China)(He’nanInstituteofSpecialEquipmentSafetyInspectionandTest，Zhengzhou450004，China)【摘要】以CX8075立式车铣复合加工中心主轴为研究对象，确立了热边界条件，计算了主轴的发热量，建立了主轴的三维数字化模型，利用有限元法研究了稳态温度场分布，得出了主轴的热变形，分析了主轴的热变形原因，奠定了主轴热变形加工

3、误差补偿的理论基础。关键词：热变形；主轴；稳态温度场【Abstract】TakingthespindleofCX8075verticalmachiningcenterexample，thethermalboundaryconditionsweredetermined,theheatingvaluewascalculatedand3DdigitalmodelofthespindleWCI8es-tablishedwel1．ThenthedistributionoftemperaturefieldWasstudiedbyANSYS

4、andthermaldeformationofspindleWaSobtained．Afterwardsthereasonsofthermaldeformationwereanalyzed,whichlaidatheoreti-cogbasisforerrorcompensationofthermaldeformationofthespindle．Keywords：Thermaldeformation；Spindle；Steady-statetemperature中图分类号：TH16文献标识码：A直接耦合法和间接耦合法，直接耦

5、合法的耦合单元需要具有热和1引言结构自由度，采用直接耦合法仅通过一次求解就能得出耦合场的高速高精度加工已经成为现代工业化生产的主流，各种新分析结果，比如温度分布以及机构变形；间接耦合法又称顺序耦型机床不断涌现，但由于机床结构的复杂性，多种因素影响机床的加工精度，其中热变形引起的误差是影响加工精度的重要因素合法，是将第一次分析的结果作为第二次分析的载荷来实现两种之一。通常情况下机床精密度越高，热误差的影响越大。“CX系列场的耦合，比如此处的热一结构耦合分析可以将热分析得到的节立式车铣复合加工中心”属于国家科技重大专项“高速、精密

6、、复点温度作为载荷施加在后续的结构分析中，实现热一结构耦合分合数控金切机床”项目课题之一，其中子课题“CX系列立式车铣析。分析中采用直接耦合法对电主轴进行热一结构耦合分析。复合加工中心高速条件下机床热变形研究”是针对机床热变形和在ANSYS中采用solid227单元对电主轴划分网格，在定义热变形补偿展开的基础性研究。solid227单元的属性时选取Temp，，，四个自由度，使该单元可以用于直接的热一结构耦合分析。在主轴的有限元模型中简化两端的轴承，在轴承安装部位设置结构自由度和热载荷以等效轴承，考虑到轴承安装处是主要发热源，运

7、动中会产生较多的热量因此可以把此部位的网格划分的细些，远离轴承处的部位网格可以适当稀疏一些。该有限元模型，如图1所示。图1加工中心整机3D模型2主轴的有限元模型建立Cx8075车铣复合加工中心铣削电主轴的最高转速≥12000r／min；车削主轴最高转速：800r／min(~b800mm)，500r／min图2CX8075主轴系统的有限元模型(~bl000mm)。该主轴系统主要包括主轴、轴承和轴承端盖等主要部件。首先通过SolidWorks2008三维实体软件建立模型，然后由3主轴的温度场分析SolidWorks输出转换文件，导

8、入ANSYS分析软件。此处分析主轴3．1主轴发热量的确定的热变形，为热一结构耦合场分析。热一结构耦合场分析可以采用考虑在高转速下承受轴向载荷因素，主轴轴承采用压力角★来稿日期：2011—02—10★基金项目：国家科技重大专项—cx系列立式车铣复合加工中一L"(2009ZX(M