[发明专利]一种主轴末端热变形合成仿真分析方法

说明书

本发明公开了一种主轴末端热变形合成仿真分析方法，是基于有限元软件Ansys进行的。在发明中详细阐述了运用热‑结构耦合分析方法的具体步骤。所述主轴末端热变形合成仿真分析方法，对整机模型进行温度场计算；运用弹簧替代轴承滚动体；通过只改变约束条件，保证温度场一致的情况下，分别得出主轴、主轴箱、立柱各结构自身热变形及末端综合热变形。通过对各结构件Z向变形量进行叠加合成，与主轴末端综合热变形对比，分析得到各结构件对主轴末端综合热变形量的贡献以及各结构件的变形规律。

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，具体是一种主轴末端热变形合成仿真分析方法。

背景技术

随着基础制造业和精密加工技术的不断发展，人们对于数控机床的加工精度提出了更 高的要求。大量研究与加工实践表明，对于高速高精度机床，由热变形引起的加工制造变 形所占的比例为40％-70％，热变形日益成为影响机床加工精度的重要因素。机床的主轴、 导轨、丝杠、刀具等部件都会在运动中因负载和摩擦作用而升温变形，但热变形链中最终 影响加工精度的却是主轴相对工作台的位移。因此，对于机床主轴末端热变形建模技术的 研究就显得十分必要。目前，尚没有利用有限元软件对机床主轴末端热变形进行合成的仿 真方法。一般都是针对整机或某一独立结构件进行温度场与热变形场的求解，由于不能保 证整机仿真与独立结构件仿真温度场的一致，使得仿真结果准确性不高，不能为工程实践 提供理论依据。

目综上所述，针对于目前数控机床主轴热变形仿真方法的不足，有必要提出一种新的 仿真方法，可分别仿真得出检验棒、主轴、主轴箱、立柱各结构的热变形及综合末端热变 形。该方法可通过对各结构件Z向变形量进行叠加合成，与主轴末端综合热变形对比，分析得到各结构件对主轴末端综合热变形量的贡献。为机床精准补偿及工程实践提供理论依据。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种主轴末端热变形 合成仿真分析方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种主轴末端热变形 合成仿真分析方法。利用有限元ANSYS软件对机床整机温度场进行仿真，在相同工况下， 分别对各结构件立柱、主轴箱、主轴、检验棒自身Z向热变形和整机Z向热变形进行仿真。通过对各结构件Z向变形量进行叠加合成，与主轴末端综合热变形对比，分析得到各 结构件对主轴末端综合热变形量的贡献以及各结构件的变形规律。

所述仿真分析方法是基于通用有限元分析软件Workbench进行的，包括如下步骤：

步骤一，在几何建模软件Creo中建立机床整机模型，将主轴轴承内外圈用相同尺寸的 等效圆环代替，模型中去掉轴承内的滚动体部分，并对模型进行简化；

步骤二，将简化后的几何模型导入workbench中的稳态温度场模块，对机床整机进行 温度场计算；

步骤三，在主轴轴承内外圈添加弹簧，设置弹簧刚度；

步骤四，约束床身底面，在workbench中的静态结构模块中，进行机床综合热变形计 算；

步骤五，约束立柱滑块与导轨接触面，在workbench中的静态结构模块中，对立柱单 一结构件进行热变形计算；

步骤六，约束主轴箱滑块与导轨接触面，在workbench中的静态结构模块中，对主轴 箱单一结构件进行热变形计算；

步骤七，约束水套与主轴箱结合面，在workbench中的静态结构模块中，对主轴热变 形进行计算；

步骤八，约束检验棒根部圆周面Z向位移，在workbench中的静态结构模块中，对主轴热变形进行计算。

在步骤一中，所述主轴轴承模型中主轴轴承内外圈用相同尺寸的等效圆环代替，模型 中去掉轴承内的滚动体部分。