高速銑削電主軸熱特性分析及熱誤差補償方法研究.pdf

1、隨著數(shù)控機床對加工精度和加工效率的要求越來越高，電主軸的應用越來越普遍。由于電主軸熱變形對數(shù)控機床的加工精度具有較大的影響，因而研究電主軸由熱產生的熱變形及如何補償熱誤差對數(shù)控機床精度提高具有重大意義。本文圍繞高速銑削電主軸的熱態(tài)特性及熱誤差預測模型展開分析及研究，主要完成了以下工作:
　　(1)以高速銑削電主軸為研究對象，詳細分析了電主軸的結構及主要熱源。根據(jù)傳熱學理論，深入研究了電主軸的傳熱特點。根據(jù)其熱源及傳熱方式及特點，詳

2、細計算了電主軸熱源的生熱率和對流等邊界條件。特別對電主軸單元主要的生熱與傳熱元件——主軸軸承的傳熱機理進行了深入研究，根據(jù)能量守恒理論，利用離散熱節(jié)點的方法，建立了熱阻網(wǎng)絡，利用熱節(jié)點微分方程確定了主軸軸承接觸熱阻等主要的傳熱參數(shù)。
　　(2)建立了主軸軸承接觸區(qū)熱阻的電主軸熱態(tài)分析模型，運用有限元法對電主軸單元溫度場及熱變形規(guī)律作了深入研究。研究了轉速對電主軸單元溫度的影響，探討了電主軸熱位移的變化規(guī)律，及主軸前端的熱變形及其對

3、加工精度的影響。提出了通過改善主軸軸承的潤滑方式，減少電主軸單元的熱變形影響的方法。
　　(3)搭建了電主軸試驗平臺，提出利用電主軸溫度場分布規(guī)律布置溫度傳感器的試驗方法。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，采用多元線性回歸的方法建立熱誤差補償模型，并對比分析了二元一次線性回歸與二元二次線性回歸熱誤差補償模型的預測精度及穩(wěn)定性。同時，提出了利用徑向基神經網(wǎng)絡的方法建立熱誤差補償模型，對徑向神經網(wǎng)絡的精度進行了評定，并與多元線性回歸熱誤差補償模型進行比較

4、。
　　通過研究得到以下結論:
　　(1)轉速對軸承溫度場有較大影響，溫度隨轉速升高而增大，轉速升至6000r/min后溫度幅值上升較大，且軸承中的熱梯度受到接觸區(qū)熱阻的影響，隨著轉速的升高軸承內部溫差增大。
　　(2)冷卻系統(tǒng)對電機定子有明顯的降溫和均化電主軸溫度場的作用;在中低轉速下，軸承座溫度與定子溫度的仿真值與實測值接近;通過仿真分析，改變軸承的潤滑方式能有效降低軸承溫度，進而減少電主軸熱變形;主軸前端軸向熱位