0 引言
大多数的航空零件依赖数控加工完成，高难度、高精度的零件的完成一直是数控技术和新型数控机床发展的主要原动力［1］。作为航空发动机的核心零件 － 机匣，其高精度的要求对加工中心的要求更加苛刻。机床在正常工作时，其主轴、丝杠副、轴承等处产生大量的摩擦热［2］。并通过热传导、热辐射等方式传给机床的各个部件将在整个机床形成一个复杂多变的温度场。由于零件材料、结构的不一致，引起整机的不均匀热变形，这样造成主轴、工作台、刀具等部件发生一定的相对位移，从而影响加工精度［3］。研究表明，在精密加工中，热变形引起的加工误差占到总误差 40% ～70%［4］。热结构的研究就是在机床设计阶段排除机床由热产生的热变形而影响的加工精度。
近年来，国内外学者对加工中心热分析以及热结构设计进行了大量的研究与应用，还有做了相关实验的研究。OKAFOＲ 等［5］建立了某三轴立式加工中心的体积误差模型，经济有效地对机床的几何误差和热误差实施了误差补偿; 郑州大学的李杰［6］以 CX8275 车铁复合加工中心为例，进行了整机及其关键部件的热分析计算，温度测点的选择与优化，建立了系统的热误差补偿模型。这些分析与研究对提高加工中心的加工精度有着重要意义。
本文以“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项项目的航空机匣零件加工中心为研究对象，建立整机有限元模型，计算热分析边界条件。利用 AN-
SYS Workbench 对整机进行稳态热分析，在此基础上进行热 － 结构耦合分析，求其温度分布及热变形规律。设计了加工中心的温度实验，为了得到真实的的温度数据，提出在关键热源部位采用镶嵌方式安装订制的pt-100 温度传感。理论的热分析与温度实验的测试， 为加工中心的热变形实验及设计提供热结构设计依据。
1 加工中心的建模及热边界分析
1． 1 加工中心的建模
加工中心整机的三维几何模型在 SolidWorks2013 中建立，如图 1 所示。为不影响有限元分析的结果和计算时计算时间，可以去掉螺钉螺纹孔小孔或小台阶等特征［5］。有限元模型建立之后，网格划分后机匣整机的网络模型，如图 2 所示。