第六章总结与展望
6.1本文总结
本文将TH6213卧式镗铣加工中心主轴以及主轴箱部件作为研宄对象，通过CAD 建模以及有限元分析方法，分别对主轴部分以及减速箱部分进行热特性分析建模，得 到其温度场分布以及热应变等数据，接下来通过主轴箱跑车试验验证有限元分析结果 的正确性，同时也为进一步进行热误差补偿以及冷却系统的结构优化设计提供了理论 依据。
本文进行的主要工作以及取得的成果如下：
(1)对轴承摩擦力矩及热特性、主轴及主轴箱热特性的国内外研宄现状进行了 分析总结，指出了本文研宄的意义；对课题来源以及TH6213卧式镗铣加工中心进行 了介绍。
(2)从理论分析的角度，探宄了有限元方法的应用以及基本思想，对热传导、 热对流以及热辐射等传热学基本规律进行了探宄，对热传递微分方程、边界条件以及 温度场微分方程等进行了推导计算，对热变形的有限元分析理论进行了探宄，为建立 温度场后进行热-结构耦合分析做准备。
(3)建立了镗铣加工中心主轴及其关键功能部件的热特性分析有限元模型；通 过模型简化等手段对其进行了优化，并且应用整体划分、局部细化的方法对模型进行 了有限元网格划分；分析了主轴及其部件的发热规律，确定了主要热源一主轴轴承； 计算发热量作为主轴热特性分析的外加载荷，计算模型各对流表面的对流换热系数作 为有限元分析的边界条件。
(4)对主轴、ZF减速箱以及主轴箱整体进行温度场有限元仿真分析，得到温度 场分布以及稳态、瞬态温度场变化规律：从稳态分析结果可以得出系统达到热平衡时 的温度场分布；从主轴瞬态温度变化曲线中可以得出，主轴系统温度曲线平滑，初始 温度变化率较大，逐渐趋于平稳，约在9600s左右达到热平衡；各主轴轴承位置温度 达45.456°C，出现在负载的三号轴承位置；而对称温度场分布则验证了 TH6213镗铣加工中心主轴箱的热对称结构。
(5)结合温度场分析结果，对主轴、ZF减速箱以及主轴箱整体进行了热一结构 耦合分析，得到其热变形。通过主轴各部位形变量可以看出，主轴变形产生在镗 杆末端与转接部件连接部分，而主轴在这个方向上自由变形可以有效降低变形对加工 精度的影响；而主轴端面变形量11.9[〇m小于机床平面加工精度要求50[〇m，保 证了主轴端面加工精度；从ZF减速箱变形可以得出，齿轮啮合位置变形35pm小于 额定间隙60pm，验证了 ZF减速箱工作的可靠性。
(6)通过主轴箱温度测量试验，与有限元仿真分析结果进行对比，验证有限元 建模以及仿真分析的正确性；探宄误差产生原因，修正有限元模型、边界条件，建立 适应不同转速的能够快速进行仿真模拟的热特性分析模型。
6.2展望
本论文开展的研宄是以苏州江源精密机械有限公司与意大利共同合作研发的 TH6213卧式镗铣加工中心项目为基础。通过对机床主轴组件进行热特性研宄取得了 一些成果，得到主轴达到热平衡的温度曲线、温度场云图以及热应变场云图，将主轴 各部位温度变化以及应变量进行量化，为热误差的补偿、冷却系统的优化设计以及进 一步的提高机床加工精度提供了重要参考。在取得了一定的研宄成果的同时，也存在 了一些问题：
(1)TH6213卧式镗铣加工中心主轴冷却系统采取的是间歇喷发的油气冷却，而 在有限元仿真中，在边界条件的设置时，是根据冷却油的流量将其等效为持续的油冷 却，虽然在冷却油的流量上二者是一致的，但是这两个系统在热特性的表现上并不一 定也是等效的，二者之间的转化关系需要进一步探宄。
(2)主轴系统热源发热量的计算以及边界条件的计算非常复杂，当转速变化时， 发热量就需要重新计算，一个简化的计算过程，方便快捷的转化渠道能够大大提高工 作效率。
(3)本文只对主轴箱温度场进行了试验验证，并没有对主轴箱热应变进行试验 验证，这是因为为了直观地观察主轴箱组件在热源作用下的热应变，仿真分析在热- 结构耦合分析时，并没有将重力加载到主轴箱上，而在实际情况中，主轴箱应变是在 自身重力、机床震动以及热源等因素综合作用下的结果。进一步的仿真研宄可以建立 主轴箱整体在各种因素综合作用下的应力场，并进行应力场实验验证。