题目：直线电机驱动的龙门加工中心的热态特性研究

大型五坐标龙门加工中心广泛应用于航空航天工业、船舶工业和模具加工业，用来完成大型金属构件和复杂模具三维空间曲面的高速、高效、高精度切削加工。随着机床向高速度、高精度方向的迅速发展，对加工中心的精度和可靠性提出了更高的要求，机床的热态特性成为人们关注和研究的热点之一。在机械加工中，工艺系统在各种热源的作用下，产生温度场，致使机床、刀具、工件、夹具等产生热变形，从而影响工件与刀具间的相对位移，造成加工误差。根据调查统计表明，在精密加工中，热变形引起的制造误差，占总制造误差的40%-70%。因此，如何减少热变形，提高加工精度，是机床设计中非常棘手和重要的问题。本课题结合北京机电院股份有限公司研制的MC6000——直线电机驱动的龙门加工中心，使用有限元方法，对其进行热特性研究，并根据研究计算的结果进行评价，为后续机床改进和类似设计提供依据。(1)本文介绍了有关课题的研究状况并阐述了与机床热态特性研究相关的基础理论；(2)本文对MC6000龙门加工中心各个接触面状态进行了分类，并讨论了不同接触面情况，接触热阻的大小对温度场分布的影响；(3)本文对MC6000龙门加工中心主轴箱及主轴系统的传热过程进行了研究。根据换热形式的不同，对主轴系统内、外表面进行分类，研究主轴箱及主轴系统表面的换热规律。得出对流换热系数、主轴轴承发热量等主轴箱热分析主要边界条件。并根据传热理论，建立机床主轴箱传热模型，通过有限元分析软件——ANSYS计算得出主轴箱的稳态和瞬态温度场，并进行了热——结构耦合分析，得出主轴部件的热变形和主轴系统关键点的温升曲线；(4)进行了主轴系统以及导轨滑块系统的温度场实验，得到导轨滑块的温升状态，并且对主轴系统的理论计算值和实际计算值进行了比较和修正；(5)根据主轴系统热特性的计算和实验结果，建立了机床整体的热分析模型，通过有限元软件计算得出机床在主轴以1000r/min的速度运转时整体的温度场和热变形；(6)提出了减小机床由于热变形而产生的误差的方案。