熱応力解析によるフライス盤の熱ひずみ予測

工作機械には様々な熱源が内外に存在し、熱的要素による精度変化を引き起こします。熱変形による精度の悪化を抑制するには、各所の熱変形が打ち消しあうような構造の検討が必要です。このような場合に役立つのが、熱ひずみを簡単に求められる「伝熱－構造連成解析」です。本稿ではフライス盤の主軸頭の熱ひずみを伝熱－構造連成解析により予測し、熱変形に頑強な構造を検討した例をご紹介します。

解析の目的・背景

モーターの小型化による発熱の増大や、要求される切削精度の向上によって、熱変形を抑えるような構造が必要となっています。熱変形を抑えるために、主軸の熱変形が打ち消しあうように主軸頭を分割するような構造とするのが基本的な戦略となります。
このような構造を検討するにあたり、Ansys Workbenchの「伝熱－構造連成解析」を利用すると簡単に設計検証することができます。

解析手法

基本構造の設計検証をすばやく行うために、主軸頭を2Dモデルで解析することで解析規模を削減し、解析時間を短縮する手法を採用しています。

解析条件

定常伝熱解析

主軸頭の取り付け部と、主軸に対して温度境界条件を定義し、主軸頭に生じる温度分布を求めます。

静的構造解析

主軸頭の取り付け部を固定し、伝熱解析で求めた温度分布を境界条件としてインポートすることで熱変形を求めます。