基于ANSYS Workbench的数控车床主轴系统热-结构耦合分析.pdf

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1、第7期组合机床与自动化加工技术NO．72011年7月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueJu1．2011文章编号：1001—2265(2011)07—0019—04基于ANSYSWorkbench的数控车床主轴系统热一结构耦合分析木何俊，赖玉活，罗锡荣，罗晓龙，房学明(1．广西工学院机械工程系，广西柳州545006；2．柳J,t、】市数控机床研究所，广西柳J,l、】545007)摘要：在有限元法与热应力学分析基础上，建立数控车床主轴系统的有限元模型，计算主轴系统热特性分析的边界条件．利

2、用有限元分析软件ANSYSWorkbench对主轴系统进行热一结构耦合分析，得到主轴系统的温度场分布和热变形，通过实验验证模型的正确性。同时计算不同主轴转速对主轴系统温升及热变形的影响，分析结果为主轴系统的优化设计及误差补偿提供了一定的依据。关键词：数控车床；热．结构耦合；主轴系统；热变形中图分类号：TG543文献标识码：AThermal·structuralCouplingAnalysisofCNCLatheSpindleSystemBasedonANSYSWorkbenchHEJun，LAIYu-huo，LUOXi—rong，LUOXiao—l

3、ong，FANGXue—ming(1．DepartmentofMechanicalEngineeringGuangxiUniversityofTechnology，LiuzhouGuangxi545006，China；2．LiuzhouresearchInstituteofCNCMachine，LiuzhouGuangxi545007，China)Abstract：Basedonthefiniteelementmethodandthermalstressanalysis，establishedthefiniteelementmodelofCNCla

4、thespindlesystemandcalculatedboundaryconditionsinthermalcharacteristicsofthespindlesystem．UsedthefiniteelementanalysissoftwareANSYSWorkbenchthermal。structurecouplinganalysisofthespindlesystem，gotthespindleSystemtemperaturedistributionandthermaldistortionandthecorrectnessofthem

5、odelbyexperimentalvalidation．Andcalculatedtemperatureriseandthermaldis。tortionofspindlesystemaffectedbydifferentrotatespeedwithspindle．Whichprovidebasisforoptimi_zationdesignanderrorcompensationofthespindlesystem．Keywords：CNClathe；thermal-structuralcoupling；spindlesystem；therm

6、aldistortion通过对主轴系统进行热特性分析是保证机床的加工O引言精度的重要措施。机床的热特性问题一直阻碍加工精度的进一步采用有限元数值分析软件可以较好地分析这个提高，热控制技术是研制高精度机床工作中急需解问题。ANSYSWorkbenchl2是ANSYS求解实际问题决的关键技术之一。由于机床在正常工作条件下，的新一代产品。除了可以解决静力学、动力学、非线热源(电机、轴承等)产生的热量传给机床部件，使各性接触分析以外还支持直接耦合场分析、如热一结构、部位产生一定的温升，同时零部件产生热变形。由热一电、热一磁耦合等。热．结构耦合分析是耦合物理

7、于零件结构、形状等尺寸不一，将产生弯曲、扭曲、拉场分析中比较常见和重要的一种，本文以柳州市数伸等变形即热位移，这样造成主轴、工作台、刀具等控机床研究所研发的CK6136数控车床主轴系统为部位发生一定的相对位移，从而影响加工精度，使加研究对象，建立主轴系统热特性分析的有限元模型，工精度大大降低。机床主轴等重要零部件热变形误在有限元分析软件ANSYSWorkbenchl2中对其进行差是引起机床变形误差的重要因素，因此在机床设热稳态分析，到主轴的温升和温度场分布情况，以求计时，减少主轴系统的发热和加强散热，降低温升，得的温度场为依据进行热．结构耦合分析计

8、算得到其收稿日期：2011—05—09；修回日期：2011—04—28基金项目：广西千亿元产业重大科技攻关工程项目(桂科攻