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j9九游会平台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  ，温度最高处仍然位于减速箱j9九游会平台轴轴转速最高的轴承位置  ，最高温度约为 8rc  ，与第四章减速箱单独分析时最高温度相比略低  ，这是因为在主轴箱整体分析时 忽略了减速箱内部j9九游会平台的发热 。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j9九游会平台安装处  ，远离热源且暴露在空气中的部分 温度最低  ，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  ，温度最高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完全对称的 。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  ，后端面温度维持在最低温度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方向上达到变形的最大值  ，最大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 轴正方向上最大形变量为7.409pm  ，在X轴负方向上最大形变量为7.205pm;在Y轴正 方向上最大形变量为13.958pm  ，在Y轴负方向上最大形变量为13.73pm;在Z轴正方向 上最大形变量为13.5pm  ，在Z轴负方向上的最大形变量为23.386pm 。