數(shù)控加工中心主軸熱特性分析.pdf

1、熱誤差是影響數(shù)控加工中心加工精度的主要因素，主軸是數(shù)控加工中心的最大熱源，其產(chǎn)生熱誤差的大小會(huì)直接影響整臺(tái)數(shù)控加工中心的加工精度。因此，研究主軸熱力學(xué)特征，分析其對(duì)加工誤差的影響，對(duì)提高數(shù)控加工中心的加工精度具有重要意義。
　　本文以數(shù)控加工中心的機(jī)械主軸和高速電主軸為研究對(duì)象，借助于ANSYS的Workbench平臺(tái)，利用有限元方法，研究了數(shù)控加工中心中兩類主軸的熱特性，分析了主軸溫度場(chǎng)分布和熱變形隨加工工藝參數(shù)的變化規(guī)律，取得

2、如下研究成果。
　　(1)分析了數(shù)控加工中心的電主軸和機(jī)械主軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用ANSYS的Workbench平臺(tái)，建立主軸的三維幾何模型。依據(jù)兩類主軸傳動(dòng)部件結(jié)構(gòu)功能，確定了主軸工作過(guò)程中熱源，并給出了局部熱流量與主軸工作參數(shù)的關(guān)系。根據(jù)主軸設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、冷卻方式和工作環(huán)境特點(diǎn)，確定了主軸的部件傳熱系數(shù)及熱傳遞邊界條件。
　　(2)對(duì)兩類主軸工作過(guò)程進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)熱分析和瞬態(tài)熱分析，得出主軸部件的溫度場(chǎng)分布特征及隨時(shí)間的變化規(guī)律。依據(jù)

3、主軸轉(zhuǎn)速與軸承當(dāng)量載荷及生熱熱流密度的關(guān)系，分析了主軸轉(zhuǎn)速對(duì)主軸部件溫度場(chǎng)分布的影響，結(jié)果表明:對(duì)于機(jī)械主軸，其最高溫度出現(xiàn)在主軸的前滾動(dòng)軸承處，后滾動(dòng)軸承溫度遠(yuǎn)低于前滾動(dòng)軸承的溫度，但殼體外表面溫度基本均勻，主軸各部穩(wěn)態(tài)溫度均隨著轉(zhuǎn)速的增大而升高，當(dāng)轉(zhuǎn)速為不超過(guò)轉(zhuǎn)速5000r/min時(shí)，軸承的溫升不會(huì)超過(guò)20℃，但隨主軸轉(zhuǎn)速增大的增加，主軸部件溫度分布趨于穩(wěn)定的時(shí)間越短;對(duì)于電主軸，其最高溫度出現(xiàn)在主軸的內(nèi)置電機(jī)處的轉(zhuǎn)子處，前滾動(dòng)軸承

4、溫度處略低于電機(jī)轉(zhuǎn)子的溫度，而殼體的溫度也差異較小，電主軸的各零部件溫升都隨著轉(zhuǎn)速的增大而增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到15000r/min，最高溫度點(diǎn)溫升達(dá)50℃,前滾動(dòng)軸承的最大溫升達(dá)40℃。
　　(3)通過(guò)對(duì)兩類主軸的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱分析，研究了主軸部件的熱變特性。對(duì)于機(jī)械主軸，前端軸套及箱體對(duì)應(yīng)連接處的軸向和徑向熱變形較大，但對(duì)應(yīng)箱體連接處的軸向熱變形最大，前軸套的徑向熱變形最大，而主軸體變形較小;對(duì)于電主軸，前端懸伸端、前滾動(dòng)軸承和箱體對(duì)