掌握“核心科技”-利用有限元研究機床中的溫升影響

 日前，董明珠小姐在做客《對話》欄目時透露，曾因“縫隙”，董明珠與銀隆老板魏銀倉吵了一架。

 時至今日，大家是否還記得董明珠小姐曾豪言：格力將生產(chǎn)出最頂級的數(shù)控機床？她認為，中國工程師的能力其實很強，他們有能力設(shè)計出地球上任何人造的產(chǎn)品來，熟練應(yīng)用有限元分析，知道怎么克服溫升對機床精度的影響，但因為企業(yè)在市場、運營、經(jīng)營理念上的偏差，使得他們的能力不能得到發(fā)揮。

 掌握核心科技，一直是格力的信條。我們?yōu)槎〗愕木顸c贊，那么溫升對機床精度有哪些影響，又如何利用有限元分析克服這些影響呢？

 機床受到車間環(huán)境溫度的變化、電動機發(fā)熱和機械運動摩擦發(fā)熱、切削熱以及冷卻介質(zhì)的影響，造成機床各部的溫升不均勻，導(dǎo)致機床形態(tài)精度及加工精度的變化。溫升對機床正常工作和加工精度的主要影響是：（1）溫升使各部分零件溫度隨時間變化，使機床喪失已有的調(diào)整精度，從而影響被加工工件的尺寸，同時，溫升也使軸承間隙發(fā)生變化，進而影晌加工精度。（2）溫升使溫度分布不均勻，造成各零件或零件各部分之間的相互位置關(guān)系發(fā)生變化，從而造成零件的位移或扭曲。實踐證明，機床受熱后的變形是影響加工精度的重要原因。

 要提高機床的精度和熱性能，必須在設(shè)計階段，從提高機床的熱特性、熱剛度入手，實現(xiàn)機床的主動熱控，從根本上提高機床的熱性能。機床熱特性分析技術(shù)是實現(xiàn)機床熱設(shè)計的基礎(chǔ)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，有限元仿真分析成為機床熱設(shè)計的重要手段，它具有邊界適應(yīng)性好、計算準確度高等優(yōu)點。下面以機床主軸系統(tǒng)的熱特性有限元分析為例，了解有限元分析在機床熱特性分析中的應(yīng)用。

 機床主軸系統(tǒng)的熱特性分析在機床動態(tài)設(shè)計中占據(jù)重要地位，主軸系統(tǒng)的熱態(tài)性能直接影響機床的加工精度。通過有限元分析結(jié)果，在加工前對機床進行優(yōu)化設(shè)計能夠一定程度上減少熱誤差對加工精度的影響，為進一步研究機床的熱誤差提供了理論依據(jù)。

 建立電主軸系統(tǒng)熱特性數(shù)學(xué)模型

 采用solidworks軟件進行三維實體建模，導(dǎo)入MSC.MARC大型非線性有限元軟件進行分析。

 實體模型

 對模型進行適當簡化，然后導(dǎo)入MSC.MARC進行網(wǎng)格劃分、分析計算。

 定義材料屬性

 仿真工況：高速機床以8000r/min轉(zhuǎn)速，連續(xù)空轉(zhuǎn)3小時。

 仿真結(jié)果：

 主軸系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)熱特性分析

 主軸系統(tǒng)的瞬態(tài)熱分析

 主軸熱變形后，不同時刻主軸軸線沿x向和y向的偏移量

 有限元熱特性分析的關(guān)鍵所在是建立精確的模型。建立有限元模型包括3個重要內(nèi)容，即妥善的網(wǎng)格劃分、恰當?shù)膯卧x擇和邊界條件的正確施加。在機床設(shè)計階段，采用有限元分析方法設(shè)計方案進行虛擬評價，如果結(jié)果不理想，則直接對設(shè)計參數(shù)進行修改，最終達到設(shè)計目標。這樣就可以避免大量的試驗和樣機試制資金投入，同時也縮短了開發(fā)周期。

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