主轴箱作为主轴系统不可或缺的一部分,其热误差是影响数控机床加工精度的重要因素之一。以热设计为核心,通过结合田口法和有限元法,对主轴箱进行多目标优化设计与研究。搭建了主轴系统热态特性实验平台,以某机床厂的立式数控铣床为研究对象,获得其主轴系统的温度数据;根据实验测得的数据建立9组主轴箱优化模型;采用有限元法对温度-结构场耦合的9组模型进行仿真分析,得到各组模型的温度场分布云图和热变形分布云图,并进一步获得主轴箱结构优化结果和较优水平的主次因素参数组合。结果表明:对主轴箱热变形影响程度由高到低的因素为底板长度L、距离B、肋板宽度A、距离C;对主轴箱质量影响程度由高到低的因素为底板长度L、距离B、距离C、肋板宽度A。该研究为降低数控机床研发成本提供了参考。

机床的热态性能已成为影响高速机床工作性能的最重要的因素之一。主轴是机床的关键功能部件，其热态特性在很大程度上决定了机床的切削速度和加工精度，是影响机床精度提升的最重要因素。因此，在主轴的设计阶段减少机床热误差的影响，对于提高机床的热态特性十分重要。在过去的近一个世纪时间中，国内外众多学者针对主轴热设计方法开展了研究探索，基于热设计的过程可以分成三部分内容：热态特性分析方法，热设计与优化方法和热态特性试验方法。先通过主轴热态特性（如温度场分布、热变形、热平衡时间等）建模与分析获取必要的参数，然后以此为基础开展主轴结构设计优化、材料设计优化和冷却系统设计等热设计措施，获得较佳的主轴热态特性，最后通过热态特性试验来校验分析和设计优化的结果，整个过程循环直至达到满意...