本章的研宄對(duì)象為TH6213臥式鏜銑加工中心主軸箱整體，通過(guò)有限元方法對(duì)其 溫度場(chǎng)分布進(jìn)行分析，另外將機(jī)床ZF減速箱底面溫度作為熱載荷加載到與主軸箱箱 體的結(jié)合面，從而得到機(jī)床整個(gè)主軸箱溫度場(chǎng)的分布結(jié)果，通過(guò)機(jī)床主軸箱跑車實(shí)驗(yàn)， 驗(yàn)證主軸箱有限元熱分析模型的準(zhǔn)確性。
本文將TH6213臥式鏜銑加工中心主軸以及主軸箱部件作為研宄對(duì)象，通過(guò)CAD 建模以及有限元分析方法，分別對(duì)主軸部分以及減速箱部分進(jìn)行熱特性分析建模，得 到其溫度場(chǎng)分布以及熱應(yīng)變等數(shù)據(jù)，接下來(lái)通過(guò)主軸箱跑車試驗(yàn)驗(yàn)證有限元分析結(jié)果 的正確性，同時(shí)也為進(jìn)一步進(jìn)行熱誤差補(bǔ)償以及冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論 依據(jù)。
制造業(yè)的發(fā)展關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與國(guó)防建設(shè)，是衡量我國(guó)工業(yè)化水 平的重要標(biāo)志。精工機(jī)床作為制造業(yè)的母機(jī)，承擔(dān)著國(guó)防建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重任， 世界各國(guó)都在積極研宄發(fā)展新技術(shù)，進(jìn)行精工技術(shù)的創(chuàng)新，從而提高國(guó)家制造業(yè) 水平。
數(shù)字控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱精工系統(tǒng)，是利用數(shù)字化信息并采用數(shù)字控制技術(shù)對(duì)生產(chǎn) 過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)，是控制精工機(jī)床的“大腦” [11]。世界上第一臺(tái)實(shí)驗(yàn)性 精工系統(tǒng)于1952年被研制出，它是由電子管和繼電器組成，標(biāo)志著第一代精工系 統(tǒng)的產(chǎn)生。隨著電子技術(shù)的不斷的發(fā)展，精工系統(tǒng)的組成從第一代的電子管和繼 電器，經(jīng)歷過(guò)晶體管、集成電路，到小型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)。1974年第五代精工系統(tǒng) 出現(xiàn)，它是以微處理器為核心，價(jià)格便宜且處理速度快，使得精工系統(tǒng)的可靠性 提高[12]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及，在20世紀(jì)80年代產(chǎn)生了第六代精工系 統(tǒng)，與第五代精工系統(tǒng)不同的是該系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)是通用的，而第五代所用的 計(jì)算機(jī)是專用的，其軟件部分需要在專用計(jì)算機(jī)上開(kāi)發(fā)。第六代精工系統(tǒng)的出現(xiàn)， 推動(dòng)了精工系統(tǒng)走上開(kāi)放式的發(fā)展道路
課題中鏜銑加工中心采用的是“IPC+UMAC運(yùn)動(dòng)控制器”的開(kāi)放式的精工系統(tǒng)，該精工系統(tǒng)既可以充分發(fā)揮工控機(jī)（IPC)的資源優(yōu)勢(shì)，也可以充分挖掘UMAC 提供的資源，在滿足加工中心要求的前提下，真正實(shí)現(xiàn)精工系統(tǒng)的開(kāi)放性特點(diǎn)。
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本刀庫(kù)程序開(kāi)發(fā)完成后，已經(jīng)在PYA系列精工加工中心上應(yīng)用，達(dá)到了合作開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的目的，換刀速度與國(guó)外同類高速加工中心產(chǎn)品的水平相當(dāng)，其性能可靠，換刀過(guò)程平穩(wěn)，換刀過(guò)程無(wú)過(guò)沖，運(yùn)動(dòng)平衡無(wú)沖擊，該系列非標(biāo)高速加工中心的加工速度有了很大的提高，提升了國(guó)產(chǎn)化率和自主開(kāi)發(fā)的能力指數(shù)，降低了生產(chǎn)成本，對(duì)加工中心刀庫(kù)設(shè)計(jì)有一定參考價(jià)值，值得推廣
( 1) 對(duì)焊接橫梁的初始模型進(jìn)行了靜力學(xué)分析討論了在自重作用下， 滑座沿 Y 向左右移動(dòng)和滑枕沿Z 向上下移動(dòng)時(shí)， 刀頭的變形情況; 模態(tài)分析過(guò)程中，獲取了前6 階固有頻率 靜力學(xué)分析結(jié)果作為拓?fù)鋬?yōu)化的依據(jù)( 2) 在調(diào)整內(nèi)部筋板時(shí)， 基于動(dòng)力優(yōu)化以提高固有頻率為目標(biāo)， 獲取了影響低階固有頻率的區(qū)域， 并通過(guò)筋板對(duì)橫梁進(jìn)行了加強(qiáng); 在結(jié)構(gòu)減重時(shí)， 以最小柔度為目標(biāo) 同時(shí)約束了體積分?jǐn)?shù)和前幾階固有頻率的下限值， 實(shí)現(xiàn)了******剛度的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)( 3) 對(duì)橫梁進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì) 基于拓?fù)鋬?yōu)化模型， 調(diào)整橫梁筋板布置， 完成******剛度的設(shè)計(jì)， 同時(shí)降低了橫梁自重 優(yōu)化后， 橫梁重量減輕 11． 5%， 綜合性能得到了明顯的改善
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精密復(fù)合式鏜銑加工中心的床身是機(jī)床的基礎(chǔ)大件，是機(jī)床其他附件的主要 支承體，是機(jī)床的主要基準(zhǔn)，因此，床身的特性將直接影響到機(jī)床的加工精度。為 了能滿足機(jī)床高性能的技術(shù)要求，對(duì)床身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及優(yōu)化分析是至關(guān)重要的。 在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方面，需要優(yōu)選出具有良好靜、動(dòng)態(tài)性能的床身結(jié)構(gòu)，從而使 機(jī)床具備較高的穩(wěn)定性和抗振性[57_59]。