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数控龙门铣床是电力工业、交通运输业和军工业等领域的主要加工设备。滑枕部件是数控龙门铣床的关键功能零部件之一,直接决定着机床的工作精度。在数控龙门铣床的实际加工过程中,滑枕部件在内外热源的共同作用下所产生的温升导致热变形,降低了整机的工作精度。本文以国内某企业生产的数控龙门铣床的滑枕部件为研究对象,深入研究滑枕部件的热特性,基于分析结果提出了滑枕部件热对称结构的改进设计方案来提高其热特性。研究结果表明结构改进后滑枕部件的热特性和动态特性都有明显的提高。论文主要完成如下工作: (1)建立了滑枕部件热特性的数学模型 在分析滑枕部件结构及各零部件间的装配关系的基础上,利用有限元理论建立了滑枕部件温度场的数学模型,利用弹性力学理论和热变形的基本方程建立了滑枕部件热-结构耦合变形的数学模型。 (2)建立了滑枕部件的热流模型和有限元模型 通过分析滑枕部件的发热因素和相应的散热方式,建立了滑枕部件的热流模型;计算滑枕部件内外热源及其边界条件,采用ANSYS Workbench软件建立滑枕部件的有限元模型。 (3)研究了现有方滑枕部件热-结构耦合变形 在完成对现有方滑枕部件热特性分析的基础上对滑枕部件进行热-结构耦合分析,分析结果表明:现有滑枕部件工作时最高温度为83.3℃,发生于主轴前轴承组处,最高温升为56.2℃,最大热变形为0.16mm,这与该公司提供的实验数据一致。 (4)确定了滑枕部件热对称结构改进设计的方案 根据分析结果提出了两套滑枕部件热对称结构的改进设计方案,其一是在不改变现有滑枕部件方形结构的基础上让滑枕部件的重心与它的几何形心重合;其二是设计成圆滑枕部件。 (5)对比分析了改进前后滑枕部件的热特性和动态特性 对改进后的两种滑枕部件的热特性进行分析,结果表明:按方案一改进设计的滑枕部件工作时的最高温度为81.3℃,最高温升为56℃,热变形值为0.127mm,相比于现有滑枕部件的热特性有所提高;按方案二设计的圆滑枕部件工作时的最高温度为42.1℃,最高温升为15℃,热变形值为0.086mm,明显的提高了滑枕部件的热特性。对比分析方滑枕部件和圆滑枕部件的动态特性,结果表明圆滑枕部件的动态性能明显好于方滑枕部件的动态性能,由此可以得出对现有的滑枕部件进行热对称结构的改进设计既改善了滑枕部件的热特性又提高了其动态性能。