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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(qiáng)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(jī)、機(jī)械運(yùn)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，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，高可達(dá)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(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作^[24]。德國柏林工業(yè)大學(xué)運(yùn)用有限元軟件對加工中心部件及整機(jī)的溫度場建立變形場模型并進(jìn)行了分析^[7]。龔偉等運(yùn)用三維軟件Pro/Engineer對矩臺平面磨床床身進(jìn)行了精確的虛擬樣機(jī)建模，并對該虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行了熱變形仿真，得出了加工中心變形的實(shí)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(jìn)行了簡略推導(dǎo)，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(yùn)用幾種不同的方法建立了導(dǎo)軌熱變形的數(shù)學(xué)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(dǎo)軌熱誤差有限元計(jì)算目標(biāo)函數(shù)，并對導(dǎo)軌有限元模型邊界條件進(jìn)行了優(yōu)化選擇，得到了導(dǎo)軌熱變形誤差優(yōu)化計(jì)算值，從而提高了加工中心的加工精度。Em SK等運(yùn)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(xué)者從理論建模、數(shù)學(xué)模擬等方面對加工中心床身熱變形進(jìn)行了廣泛而又深入的研究，但由于尺寸龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)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(fù)雜，單純從理論計(jì)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(yùn)用該軟件的Pro/MnlKiiiii.'a模塊對該模型進(jìn)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(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)及熱變形分析，并通過熱變形實(shí)驗(yàn)把實(shí)際檢測結(jié)果與有限元分析結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化的可行性與準(zhǔn)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(jìn)行了表面精磨處理的承壓導(dǎo)軌，主要起承重支撐作用；定向?qū)к壊捎?5鋼并進(jìn)行精加工處理，主要是對立柱起定向引導(dǎo)作用，在與床體組裝時需嚴(yán)格遵循裝配圖的要求：該床身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部采用了三角形的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，底部采用多個墊鐵進(jìn)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(fù)雜、溫度分布不均勻的特點(diǎn)，采用丨>1.0 /E叩T軟件及其Pm A1 e-clumi「_a模塊，對其進(jìn)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(yàn)證了三維幾何模型的優(yōu)化效果，通過現(xiàn)場熱變形實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：優(yōu)化后的床身實(shí)際檢測值與有限元分析值的一致性和準(zhǔn)確性較好，溫升與熱變形量大大降低，達(dá)到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)要求，通過對床身的熱變形分析，驗(yàn)證了運(yùn)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(jìn)一步提升。