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航空機匣加工中心熱分析及熱結構
閱讀：108 發布時間：2020-8-120 引言
大多數的航空零件依賴數控加工完成，高難度、高精度的零件的完成一直是數控技術和新型數控機床發展的主要原動力［1］。作為航空發動機的核心零件 － 機匣，其高精度的要求對加工中心的要求更加苛刻。機床在正常工作時，其主軸、絲杠副、軸承等處產生大量的摩擦熱［2］。并通過熱傳導、熱輻射等方式傳給機床的各個部件將在整個機床形成一個復雜多變的溫度場。由于零件材料、結構的不一致，引起整機的不均勻熱變形，這樣造成主軸、工作臺、刀具等部件發生一定的相對位移，從而影響加工精度［3］。研究表明，在精密加工中，熱變形引起的加工誤差占到總誤差 40% ～70%［4］。熱結構的研究就是在機床設計階段排除機床由熱產生的熱變形而影響的加工精度。
近年來，國內外學者對加工中心熱分析以及熱結構設計進行了大量的研究與應用，還有做了相關實驗的研究。OKAFOＲ 等［5］建立了某三軸立式加工中心的體積誤差模型，經濟有效地對機床的幾何誤差和熱誤差實施了誤差補償; 鄭州大學的李杰［6］以 CX8275 車鐵復合加工中心為例，進行了整機及其關鍵部件的熱分析計算，溫度測點的選擇與優化，建立了系統的熱誤差補償模型。這些分析與研究對提高加工中心的加工精度有著重要意義。
本文以“高檔數控機床與基礎制造裝備"科技重大專項項目的航空機匣零件加工中心為研究對象，建立整機有限元模型，計算熱分析邊界條件。利用 AN-
SYS Workbench 對整機進行穩態熱分析，在此基礎上進行熱 － 結構耦合分析，求其溫度分布及熱變形規律。設計了加工中心的溫度實驗，為了得到真實的的溫度數據，提出在關鍵熱源部位采用鑲嵌方式安裝訂制的pt-100 溫度傳感。理論的熱分析與溫度實驗的測試， 為加工中心的熱變形實驗及設計提供熱結構設計依據。
1 加工中心的建模及熱邊界分析
1． 1 加工中心的建模
加工中心整機的三維幾何模型在 SolidWorks2013 中建立，如圖 1 所示。為不影響有限元分析的結果和計算時計算時間，可以去掉螺釘螺紋孔小孔或小臺階等特征［5］。有限元模型建立之后，網格劃分后機匣整機的網絡模型，如圖 2 所示。