数控机床的加工精度在不断提高,其热误差是由温度分布不均匀引起的。数控机床直线进给系统生热主要集中在滚珠丝杠单元和导轨滑块单元,它们的热变形将直接影响数控机床的加工精度。论文以精密数控机床直线进给系统为研究对象,建立滚珠丝杠单元和导轨滑块单元的温度场有限元模型,为直线进给系统的热平稳优化设计提供理论基础。主要内容如下:1.基于传热学理论,建立精密直线进给系统的主要热源生热理论模型及其换热理论模型,计算直线进给系统主要热源生热功率及直线进给系统散热系数,为直线进给系统温度场有限元模型的建立提供了载荷数据,并应用MATLAB开发生热载荷/散热边界条件计算软件。2.利用有限元软件的热固与流体模块耦合建立滚珠丝杠单元和导轨滑块单元的温度场有限元模型。模型中考虑了滚珠-螺母相对丝杠和滚珠-滑块相对导轨在实际运行状态下的往复线性运动及其关键接触面间接触热阻效应和中空丝杠内通入流动的冷却液与丝杠内管壁相互换热的因素。所建立的有限元模型可以为直线进给系统的热平稳优化设计提供理论依据。3.基于所建立的直线进给系统温度场有限元模型,研究了滚珠丝杠单元在不同进给速度工况下、不同冷却液供液温度工况下、不同冷却液供液流量工况下的温度特性规律以及导轨滑块单元在不同进给速度工况下、有无负载工况下、不同环境温度下的温度特性规律。为数控机床的冷却策略和工况选择提供理论依据。4.设计并进行直线进给系统温度特性测试试验,将不同冷却液供液温度工况下测得的螺母处关键点温度数据与有限元计算所得温度数据进行对比,验证了所建立有限元模型的准确性和可靠性。论文所建立的温度场有限元模型考虑了滚珠丝杠螺母副及导轨滑块副的循环往复相对运动效果及关键接触面间的相互传热关系,所建立的有限元模型精度更高。基于所建立的有限元模型对直线进给系统在不同运行工况下的温度特性规律进行分析,对直线进给系统的运行工况选择具有一定的参考意义。