臥式鏜銑加工中心的主軸箱熱特性分析
第五章機床主軸箱整體熱特性分析及實驗驗證本章的研宄對象為TH6213臥式鏜銑加工中心主軸箱整體，通過有限元方法對其 溫度場分布進行分析，另外將機床ZF減速箱底面溫度作為熱載荷加載到與主軸箱箱 體的結合面，從而得到機床整個主軸箱溫度場的分布結果，通過機床主軸箱跑車實驗， 驗證主軸箱有限元熱分析模型的準確性。5.1主軸箱熱特性分析5.1.1主軸箱溫度場的建立以第三、四章對主軸及ZF減速箱的有限元建模及溫度場分析為基礎，對機床主 軸箱整體進行溫度場分析。減速箱內齒輪由于嚙合所產生的熱量對主軸箱整體的影響 較小，所以在對主軸箱整體溫度場進行探宄時，忽略減速箱內尺寸的發熱，只考慮軸 承的發熱，外加熱載荷、邊界條件等與上述主軸、減速箱分析時設置相同。ZF減速 箱采用螺紋緊固連接的方式固定在主軸箱上端面，二者之間存在熱傳導。圖5.1所示為主軸箱穩態溫度場分析結果，由圖可知，與ZF減速箱分析的情況相 對應的，溫度最高處仍然位于減速箱齒輪軸軸轉速最高的軸承位置，最高溫度約為 8rc，與第四章減速箱單獨分析時最高溫度相比略低，這是因為在主軸箱整體分析時 忽略了減速箱內部齒輪的發熱。主軸箱整體溫度范圍為26.9~81.208°C。溫度高處集中 在減速箱與主軸箱連接處以及內部主軸齒輪安裝處，遠離熱源且暴露在空氣中的部分 溫度最低，整體溫度呈現出沿熱源向外發散式擴散的趨勢。5.1.2主軸箱箱體溫度場分析及熱變形(1)箱體溫度場分析主軸箱箱體溫度場分布見圖5.3，由圖可知，溫度最高處出現在減速箱與主軸箱 的配合表面，溫度約達到了70°C，但只是局部高溫，限定在比較小的區域范圍內。因 為主軸箱體在結構上并不對稱，在左側面上有一個圓柱形的通孔，存在著局部的差異， 所以溫度場在左右方向上并不是完全對稱的。左右側邊溫度范圍在26.9~43.3°C，前端 面溫度基本在34.525°C，后端面溫度維持在最低溫度26.9°C。(2)主軸箱熱變形分析結果將主軸箱穩態溫度場的分析結果作為熱載荷，對主軸箱箱體進行熱變形分析。設 置箱體約束、初始以及邊界條件，即得到主軸箱箱體在三個方向上的熱變形量。由分 析結果可知，主軸箱在Z方向上達到變形的最大值，最大變形出現在主軸箱體后方， 約為23.38pm，主軸箱在這個方上發生形變對主軸加工精度的影響較小。主軸箱在X 軸正方向上最大形變量為7.409pm，在X軸負方向上最大形變量為7.205pm;在Y軸正 方向上最大形變量為13.958pm，在Y軸負方向上最大形變量為13.73pm;在Z軸正方向 上最大形變量為13.5pm，在Z軸負方向上的最大形變量為23.386pm。