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大型、重型裝備制造是裝備制造業(yè)的重要組成部分，在提升中國制造業(yè)整體水平上具有不可忽視的作用，也是我國由“制造大國”向“制造強國”轉(zhuǎn)變的必由之路。作為齒輪加工裝備中的基礎(chǔ)部件，大型床身在保證加工中心自身精度和零件加工質(zhì)量方面的作用不容忽視。隨著生產(chǎn)自動化和精密加工技術(shù)的迅猛發(fā)展，床身的精度以及精度的穩(wěn)定性有了更高的要求。然而在長時間生產(chǎn)加工過程中，加工中心電機、機械運動部件、工件切削等會產(chǎn)生大量的熱，這些熱一部分會散發(fā)到空氣中，另一部分會傳遞給加工中心本身，造成加工中心各部分的溫升不均勻，出現(xiàn)溫度場并產(chǎn)生相應(yīng)的熱變形，最終對加工中心的形態(tài)精度和加工精度造成顯著影響。其中，床身熱變形是影響加工中心加工精度的重要因素，最高可達加工中心總加工誤差的70% 。

針對加工中心熱變形對工件加工精度的影響，國內(nèi)外眾多專家學者進行了大量的研究工作^[24]。德國柏林工業(yè)大學運用有限元軟件對加工中心部件及整機的溫度場建立變形場模型并進行了分析^[7]。龔偉等運用三維軟件Pro/Engineer對矩臺平面磨床床身進行了精確的虛擬樣機建模，并對該虛擬樣機模型進行了熱變形仿真，得出了加工中心變形的實測結(jié)果與仿真結(jié)果非常吻合的結(jié)論^[8]。李立新等從加工中心主要部件的結(jié)構(gòu)出發(fā)，對加工中心熱變形進行了簡略推導，研究了加工中心熱誤差對刀具與工件間的相對位置的影響規(guī)律@。唐開勇運用幾種不同的方法建立了導軌熱變形的數(shù)學模型，既可方便數(shù)控編程，又可保證和提高工件的加工質(zhì)量李郝林等通過將近似模型和數(shù)值模擬技術(shù)相結(jié)合，建立了導軌熱誤差有限元計算目標函數(shù)，并對導軌有限元模型邊界條件進行了優(yōu)化選擇，得到了導軌熱變形誤差優(yōu)化計算值，從而提高了加工中心的加工精度。Em SK等運用有限元方法建立并分析了加工中心滾珠絲杠系統(tǒng)的溫度場模型

雖然眾多專家和學者從理論建模、數(shù)學模擬等方面對加工中心床身熱變形進行了廣泛而又深入的研究，但由于尺寸龐大、結(jié)構(gòu)復雜，再加上溫度場分布不均勻等，使得大型床身的溫升及各部位熱變形情況十分復雜，單純從理論計算的角度難以精確評價其熱變形程度。因此，為了優(yōu)化床身結(jié)構(gòu)、減少其熱變形量、降低成本、提升加工中心的加工精度，以某大型加工中心床身為研究對象，采用Pr〇/Eiigiiii、T軟件建立其三維幾何模型，運用該軟件的Pro/MnlKiiiii.'a模塊對該模型進行了熱變形有限元分析，得到了熱平衡狀態(tài)下的床身溫度分布及熱變形情況。依據(jù)分析結(jié)果，對其結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計及熱變形分析，并通過熱變形實驗把實際檢測結(jié)果與有限元分析結(jié)果進行對比，驗證了床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化的可行性與準確性。

1床身熱變形分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

0. 1床身的幾何建模

圖1、圖2分別為某大型床身的三維幾何模型及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面圖。該床身全長超過4.3 m,寬度超過1.5 m,由床體和定向?qū)к墐刹糠纸M成。其中床體整體采用灰鑄鐵HT300鑄造而成，床體上表面兩側(cè)各有一條進行了表面精磨處理的承壓導軌，主要起承重支撐作用；定向?qū)к壊捎?5鋼并進行精加工處理，主要是對立柱起定向引導作用，在與床體組裝時需嚴格遵循裝配圖的要求：該床身結(jié)構(gòu)復雜，內(nèi)部采用了三角形的加強筋結(jié)構(gòu)，底部采用多個墊鐵進行支撐并通過嵌入地下的地腳螺釘與地基固定，使得床身整體具有良好的承載和抗彎曲變形能力_：

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結(jié)束語：

針對大型床身尺寸龐大、結(jié)構(gòu)復雜、溫度分布不均勻的特點，采用丨>1.0 /E叩T軟件及其Pm A1 e-clumi「_a模塊，對其進行了三維幾何建模與熱變形有限元分析依據(jù)床身溫度分布及熱變形情況，優(yōu)化和完善了床身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并利用有限元方法驗證了三維幾何模型的優(yōu)化效果，通過現(xiàn)場熱變形實驗，結(jié)果表明：優(yōu)化后的床身實際檢測值與有限元分析值的一致性和準確性較好，溫升與熱變形量大大降低，達到了產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)要求，通過對床身的熱變形分析，驗證了運用熱變形有限元分析的方法，可以有效了解床身的熱特性、提升床身的加工質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)時間、節(jié)約生產(chǎn)成本，從而使加工中心的整體的加工精度進一步提升。

大型加工中心床身熱變形及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化

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