基于有限元方法的数控铣床整机热特性分析

    摘要：基于有限元方法分析数控铣床整机热特性，不仅为数据铣床整机的冷却系统补充
了相关的理论依据，并且具有重要的指导意义。对数控铣床进行热特性分析是为了提高加工
精确度，尽可能因为热变形导致加工工艺不符合现实的要求。本文主要围绕数控铣床整机的
主要组成部分概述，数控铣床的工作原理简述，基于有限元方法的数控铣床整机热特性分
析等三个方面的内容阐述。

 

　　关键词：有限元方法

 数控铣床整机 热特性 分析 

　　在机械器件的加工过程中，长期处于运转状态的数控铣床，由于摩擦生热，切削产热
高温下作业，热能辐射等因素影响着工艺系统，使得作业区域温度较高，机床夹具等机械
工具因为温度过高导致形状变异，加工器件与刀具的相对位移受到了影响，形成加工成品
存在着较大的误差，影响到了加工的准确度。据有关调查数据显示，在零件的精确加工过程
中，因为热能导致器件变形形成的误差占到总误差在

0.4 到 0.7 之间。所以由于温度过高造

成加工精度不准确，数控机床整机的主要部件变形，从而降低了加工效益，是目前机床设
计过程中亟需解决的问题。下面将对有限元方法的数控铣床整机热特性作进一步阐释：

 

　　

1 数控铣床整机的主要组成部分概述 

　　数控铣床主要应用于各箱子形状类和板状类零件的加工。基础结构主要包含夹具和刀具，
夹具的选用主要是以生产零件批量的大小为原则。刀具主要是根据加工零件的材质、形状，
以及自身的切削性能为原则选用。除了以上基础结构以外，它的机械结构还包括主传动系统
以及进给传动系统，主要是为了实现工件可以顺利回转、定位，有助于特定部件的运行和辅
助功能的实现，辅助功能系统主要包含液压系统，气动系统，冷却系统和一些特殊装置系
统，例如排屑防护庄装置。在刀具的破损监督，精确度检测，和监督控制等装置，都是为了
完成数控铣床的各类自动反馈功能的有效使用。数控铣床根据主轴的布置形式可以分为数控
立式铣床，数控卧式铣床和数控龙门铣床三类。立式铣床的加工原理是进行三坐标联动的，
在数控立式铣床中占大部分，其主要特征是主轴与机床的工作面呈垂直状，便于工件装夹
有利于加工过程的监视，但是排屑不那么顺畅，一般情况下，工作台是不移动的，没有升
降装置，通过主轴箱进行上下运动，平衡主轴箱的质量，控制主轴中心线与柜面的距离来
保证机床的刚性。卧式数控铣床则使主轴轴线平行于工作台面，此款铣床与立式的相反，加
工过程中不便于观察，排屑非常顺畅，此款铣床基本上都会配备回转工作台以及万能数控
转盘，使得加工零件的侧面的连接性的轮廓都可以很好的呈现，并且可以在一次安装过程
中实现。数控龙门铣床是大尺寸的数控铣床，它是左右呈对称状的双立柱结构，这种结构可
以保证机床整体的刚强性，数控龙门铣床包含工作台移动和龙门架移动两种类型，主要是
依据各类零件的尺寸的大小设计的。

 

　　

2 数控铣床的工作原理简述 

　　数控铣床主要包含以下三个大的部分，下面将对其数控铣床的工作原理进行简要的分
析：

 

　　首先，数控系统是数控铣床的核心部分，它是实现自动加工功能的主要控制系统，主
要是对位置、角度、速度的机械承载量进行控制包括对数据计算的控制以及时间的逻辑顺序
进行控。插补模块是置于主控制器内的，根据接收到的零件程序，通过一系列解码之后，反
馈各类信息。

 

　　其次是伺服驱动和位置检测系统。它是连接数控装置和机床本身的主要装置系统。伺服
电动机的动力系统是驱动控制装置，伺服驱动接收到数控系统的指令之后，与位置装置反
馈的信息进行比较，经过驱动控制系统放大之后，驱动电动机开始运转，如果发生偏差，