摘　要: 　使用有限元方法,對新設計的XK717 數控銑床進行了整機熱特性分析,并與XK510 數控銑床（成熟產品） 的分析結果進行比較,根據比較結果,找出XK717 數控銑床熱特性的薄弱部件,從而為提高XK717 數控銑床的整機熱特性指明了改進的方向. 關　鍵　詞: 　熱特性;有限元;數控銑床 在機械加工中,工藝系統在各種熱源（摩擦熱、切削熱、環境溫度、熱輻射等） 的作用下,產生溫度場,致使機床、刀具、工件、夾具等產生熱變形,從而影響工件與刀具間的相對位移,造成加工誤差,進而影響零件的加工精度. 根據英國伯明翰大學J . Pe2clenik 教授調查統計表明,在精密加工中,熱變形引起的制造誤差,占總制造誤差的40 %～70 % . 所以,如何減少熱變形,提高加工精度,是機床設計中非常棘手和重要的問題. 目前,有很多學者通過試驗和理論分析,對機床的熱變形進行研究. 如浙江大學,對彈性熱接觸問題用有限元方法進行研究,而且對有限元系統進行開發,并應用于TKA6916 數控落地銑鏜床的結構優化上,取得了一定的成果[1 ] . Okuyama 等人,通過實驗測量了在平面研磨機工作過程中,砂輪主軸和工作臺的相對熱位移,并使用有限元方法對研磨機的熱變形進行理論研究,結果表明理論與實驗結論相一致[ 2 ] . Moriwaki 等人通過實驗和有限元方法研究了由于環境溫度變化引起的熱變形對加工中心的影響[3 ] . 本文將通過有限元方法,對新設計的XK717數控銑床進行整機熱特性分析,并與XK510 數控銑床（成熟產品） 的分析結果進行比較,根據比較結果,找出XK717 數控銑床熱特性的薄弱部件,從而為提高數控銑床的熱特性指明了改進的方向. 1 　整機有限元模型 考慮到XK717 數控銑床的結構相當復雜,為了便于有限元分析,對其結構進行適當的簡化. 并采用20 節點體單元SOL ID95 進行網格劃分,整機有限元模型如圖1 所示. 2 　分析條件 XK717 數控銑床的主軸系統前支承采用7020C 軸承,成對串聯、開口朝下安裝,中間支承也采用7020C 軸承,成對串聯、開口朝上安裝,設計預緊力為500 N ,后支承采用7018C 軸承,成對背靠背安裝,設計預緊力為200 N ,軸承布置如圖2 所示. 對于典型的銑削工藝,使用立銑刀（高速鋼） 直徑為40 mm ,齒數為Z = 6 ,對碳鋼進行加工,其銑削深度a[sub]p[/sub] = 20 mm ,銑削寬度a[sub]e[/sub] = 2 mm ,每齒進給量a[sub]f[/sub] = 0. 01 mm ,轉速為3500 r/ min ,假設工作臺上的能量沿X 方向的分布,如圖3 所示. 并假設被工作臺吸收的總能量為切削能量的10 %. 根據這些條件可計算出熱分析的邊界條件,具體的計算方法見文獻[4 ]. 機床各部分材料特性如表1所示. 3 　結果分析 圖4 為主軸轉速在3 500 r/ min 時,XK717 數控銑床整機溫度場云圖. 從圖中可以看出,銑床溫度比較高的部位在主軸的前支承部位;前、中、后支承的平均溫度值分別為62. 13 ℃, 57. 44 ℃, 45. 35℃. 圖5 為XK717 數控銑床整機熱變形云圖,從圖中可以看出,主軸箱前面部分熱變形比較嚴重,而主要影響加工精度的主軸前端面平均熱變形量為0. 143 mm. [align=center] [/align] 圖6 、圖7 分別為在相同仿真條件下,XK510 數控銑床的溫度場和熱變形場的云圖. 前、中、后支承的平均溫度值分別為52. 7 ℃,52. 71 ℃,36. 5 ℃,而主軸前端面平均熱變形量為0. 062 mm.通過比較可知,XK717 數控銑床的軸承溫升比XK510 數控銑床的溫升要高,而主軸前端面熱變形量大2 倍多. 這主要是因為: [align=center] [/align] （1） XK717 數控銑床的軸承個數多,前、中、后各2 個,共6 個,而XK510 銑床只有4 個,前支承兩個,中、后支承各1 個; （2） XK717 銑床是大型數控銑床,主軸直徑為0. 1 m 左右,而XK510 銑床只有0. 065 m ,這就表明在選擇軸承時,新設計的XK717 數控銑床的軸承尺寸要比原銑床的大的多. 上述2 個原因直接影響到數控銑床軸承的發熱量,進而影響到軸承的溫升和主軸的熱變形. 由于XK510 數控銑床是成熟產品,在使用中,加工精度一直比較高,而分析結果表明新設計的XK717 數控銑床熱變形精度明顯沒有XK510 數控銑床的精度高. 因此,很有必要對XK717 數控銑床采取一些措施,來減少機床的熱變形. 從結果云圖可以看出,主軸及主軸箱部件是影響主軸熱變形的關鍵所在. 4 　結　語 通過對新開發設計的XK717 數控銑床進行整機熱特性分析,并與XK510 數控銑床的結果進行比較,結果表明XK717 數控銑床的熱變形精度沒有原銑床的精度好,并且對其原因進行了分析,而且從結果云圖中可以看出,XK717 數控銑床主軸及主軸箱部件是溫度和熱變形最為嚴重的部件,因此,應采取相應的措施來提高主軸和主軸箱部件的熱特性.