第五章机床主轴箱整体热特性分析及实验验证
本章的研宄对象为TH6213卧式镗铣加工中心主轴箱整体，通过有限元方法对其 温度场分布进行分析，另外将机床ZF减速箱底面温度作为热载荷加载到与主轴箱箱 体的结合面，从而得到机床整个主轴箱温度场的分布结果，通过机床主轴箱跑车实验， 验证主轴箱有限元热分析模型的准确性。
5.1主轴箱热特性分析
5.1.1主轴箱温度场的建立
以第三、四章对主轴及ZF减速箱的有限元建模及温度场分析为基础，对机床主 轴箱整体进行温度场分析。减速箱内齿轮由于啮合所产生的热量对主轴箱整体的影响 较小，所以在对主轴箱整体温度场进行探宄时，忽略减速箱内尺寸的发热，只考虑轴 承的发热，外加热载荷、边界条件等与上述主轴、减速箱分析时设置相同。ZF减速 箱采用螺纹紧固连接的方式固定在主轴箱上端面，二者之间存在热传导。
图5.1所示为主轴箱稳态温度场分析结果，由图可知，与ZF减速箱分析的情况相 对应的，温度处仍然位于减速箱齿轮轴轴转速的轴承位置，温度约为 8rc，与第四章减速箱单独分析时温度相比略低，这是因为在主轴箱整体分析时 忽略了减速箱内部齿轮的发热。主轴箱整体温度范围为26.9~81.208°C。温度高处集中 在减速箱与主轴箱连接处以及内部主轴齿轮安装处，远离热源且暴露在空气中的部分 温度，整体温度呈现出沿热源向外发散式扩散的趋势。
5.1.2主轴箱箱体温度场分析及热变形
(1)箱体温度场分析
主轴箱箱体温度场分布见图5.3，由图可知，温度处出现在减速箱与主轴箱 的配合表面，温度约达到了70°C，但只是局部高温，限定在比较小的区域范围内。因 为主轴箱体在结构上并不对称，在左侧面上有一个圆柱形的通孔，存在着局部的差异， 所以温度场在左右方向上并不是对称的。左右侧边温度范围在26.9~43.3°C，前端 面温度基本在34.525°C，后端面温度维持在温度26.9°C。
(2)主轴箱热变形分析结果
将主轴箱稳态温度场的分析结果作为热载荷，对主轴箱箱体进行热变形分析。设 置箱体约束、初始以及边界条件，即得到主轴箱箱体在三个方向上的热变形量。由分 析结果可知，主轴箱在Z方向上达到变形的值，变形出现在主轴箱体后方， 约为23.38pm，主轴箱在这个方上发生形变对主轴加工精度的影响较小。主轴箱在X 轴正方向上形变量为7.409pm，在X轴负方向上形变量为7.205pm;在Y轴正 方向上形变量为13.958pm，在Y轴负方向上形变量为13.73pm;在Z轴正方向 上形变量为13.5pm，在Z轴负方向上的形变量为23.386pm。