掌握“核心科技”-利用有限元研究機(jī)床中的溫升影響

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

 時(shí)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(jī)床？她認(rèn)為，中國工程師的能力其實(shí)很強(qiáng)，他們有能力設(shè)計(jì)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(jī)床精度的影響，但因?yàn)槠髽I(yè)在市場、運(yùn)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(diǎn)贊，那么溫升對機(jī)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(jī)床受到車間環(huán)境溫度的變化、電動(dòng)機(jī)發(fā)熱和機(jī)械運(yùn)動(dòng)摩擦發(fā)熱、切削熱以及冷卻介質(zhì)的影響，造成機(jī)床各部的溫升不均勻，導(dǎo)致機(jī)床形態(tài)精度及加工精度的變化。溫升對機(jī)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(shí)間變化，使機(jī)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(shí)，溫升也使軸承間隙發(fā)生變化，進(jìn)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(shí)踐證明，機(jī)床受熱后的變形是影響加工精度的重要原因。

 要提高機(jī)床的精度和熱性能，必須在設(shè)計(jì)階段，從提高機(jī)床的熱特性、熱剛度入手，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的主動(dòng)熱控，從根本上提高機(jī)床的熱性能。機(jī)床熱特性分析技術(shù)是實(shí)現(xiàn)機(jī)床熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元仿真分析成為機(jī)床熱設(shè)計(jì)的重要手段，它具有邊界適應(yīng)性好、計(jì)算準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。下面以機(jī)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(jī)床熱特性分析中的應(yīng)用。

 機(jī)床主軸系統(tǒng)的熱特性分析在機(jī)床動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)中占據(jù)重要地位，主軸系統(tǒng)的熱態(tài)性能直接影響機(jī)床的加工精度。通過有限元分析結(jié)果，在加工前對機(jī)床進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠一定程度上減少熱誤差對加工精度的影響，為進(jìn)一步研究機(jī)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(jìn)行三維實(shí)體建模，導(dǎo)入MSC.MARC大型非線性有限元軟件進(jìn)行分析。

 實(shí)體模型

 對模型進(jìn)行適當(dāng)簡化，然后導(dǎo)入MSC.MARC進(jìn)行網(wǎng)格劃分、分析計(jì)算。

 定義材料屬性

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

 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(shí)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(gè)重要內(nèi)容，即妥善的網(wǎng)格劃分、恰當(dāng)?shù)膯卧x擇和邊界條件的正確施加。在機(jī)床設(shè)計(jì)階段，采用有限元分析方法設(shè)計(jì)方案進(jìn)行虛擬評價(jià)，如果結(jié)果不理想，則直接對設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。這樣就可以避免大量的試驗(yàn)和樣機(jī)試制資金投入，同時(shí)也縮短了開發(fā)周期。

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