高速磨削电主轴热-结构耦合有限元分析与仿真

在高速磨削加工中,电主轴的热结构状态直接影响高速加工机床的加工尺寸精度和表面质量。这篇文章利用传统理论对高速磨削电主轴进行了热-结构耦合分析,分别计算热稳态下主轴各种边界条件,在理论研究的基础上结合有限元软件进行热-结构耦合仿真分析,得到电主轴热变形主要与电机损耗、轴承发热与冷却液系统有关的结论。这一结论充分说明引起电主轴变形的主要因素,为今后在试验中建立电主轴热补偿体系以及减少热变形提供了有力的理论支持。     

基于热变形分析的液体静压电主轴系统参数优化

液体静压电主轴系统的热变形严重影响机床加工精度,有必要对电主轴系统热变形的影响因素进行分析,以减小系统的热变形量。利用有限元法,分析在工艺参数和结构参数不同取值条件下某液体静压电主轴系统的热变形情况,重点分析冷却水流量、轴承供油压力、主轴转速、轴承结构参数对主轴热变形的影响。结果表明,电主轴系统的最大变形出现在主轴前端安装砂轮处;冷却水流量和供油压力的改变对主轴前端面径向最大热变形的影响规律显示,当冷却水流量和供油压力达到一定值时,系统的热变形已得到有效控制,若再增大冷却水流量和供油压力,热变形量减少的幅度较小;在不同的主轴转速下,润滑油的流动状态不同,润滑油在紊流条件下的主轴前端面径向最大热变形超过层流条件下的2倍。运用均匀设计试验,得到轴承长径比和轴承轴向封油边长度的优化参数值,使主轴前端面径向最大热变形控制为最小。     

永磁同步电主轴热态特性分析

针对电主轴的热分析主要集中于内置电机为感应电机的电主轴,对内置电机为永磁型的研究甚少的现状,基于电磁学和摩擦学理论对永磁型电主轴的热源进行了计算,并使用传热学经典理论计算电主轴热边界条件。以此为基础在Ansys Workbench中建立电主轴有限元分析模型进行热态分析,根据求解结果进行热-结构耦合分析。结果表明,由于永磁同步电主轴有着转子不发热的固有特性,导致热量主要集中在前后轴承处并使主轴产生热变形。     

高速电主轴热态特性仿真分析

在分析电主轴温度场理论的基础上,建立某高速磨床电主轴系统的有限元模型,计算了电主轴热特性分析的边界条件,利用有限元软件ANSYS Workbench分析其热态特性,得到了主轴系统的稳态温度场分布和热变形情况;同时分析计算了不同转速对主轴系统温升及热变形的影响.结果表明:主轴转速越高,相应主轴单元的温升变化及主轴热变形也越大.此分析为改善电主轴温度场分布及减小热变形提供了理论依据.     

采用动静压轴承支撑的数控电主轴系统发热研究

采用内置式电机结构的液体静压电主轴系统,因具有传动距离短、结构紧凑等诸多优点而被广泛应用于各类机床,但其散热性能不佳而影响机床加工精度。对某液体静压电主轴系统进行热态特性研究,分析系统热源和散热方式,建立基于热-结构耦合的电主轴系统有限元分析模型,通过对电主轴系统进行热-结构耦合分析,得到某工况下电主轴系统的温度场,同时也可进一步得出其热变形。结果表明,电主轴系统出现明显的温升,将影响轴向和径向热变形,影响加工精度。研究结果为电主轴系统的进一步改进设计提供参考依据。     

数控车床主轴系统热特性有限元分析及验证

以某数控车床主轴系统为对象,研究了主轴系统的热态特性及其对机床性能的影响。在建立了主轴系统有限元分析模型后,仿真计算了主轴系统的稳态温度场分布情况,并利用热-结构耦合技术仿真分析了主轴系统在热和结构耦合作用下的热变形情况,分析确定了主轴部件和主轴箱的热变形趋势。为了验证分析结果的有效性,进行了实际的热特性测试(包括温度场和热漂移测试),研究工作为主轴系统的优化设计和热误差补偿奠定了基础。     

高速电主轴热结构耦合特性的有限元分析

分析了电主轴的各种热源及其发热量,建立了基于热一结构耦合的电主轴有限元分析模型,计算出电主轴复杂的热边界各种状况下的对流换热系数,利用有限元分析软件ANSYS对电主轴的温度场及其主轴的热变形进行仿真分析并进行实验验证.针对设计实例,提出了改善电主轴热态特性的措施,对改进后的电主轴进行有限元分析表明改进措施具有良好效果.     

基于键合图的变压预紧力电主轴热误差建模研究

高速电主轴工作过程中产生大量的热,导致主轴前端产生热变形,严重影响主轴加工精度。本文提出变压预紧力电主轴热误差预测模型,将传热学理论计算与键合图模型相结合,可实时且准确预测同类结构的电主轴热伸长。建立主轴的热-固耦合模型,通过有限元分析得到耦合作用下主轴温度场分布规律;根据温度场分布规律及热能流向,运用热力学理论将主轴整体模型划分节点,并计算出节点的热参数;搭配20-sim平台构建主轴热学键合图模型,将关键节点温度实时监测模块与热伸长模块关联,针对鼻端热伸长量,计算各关键点热变形并完成热误差建模。实验验证表明,所建立的键合图预测模型误差在0.5μm之内,研究成果可为不同工况下的智能电主轴实时热误差补偿提供理论基础。     

龙门加工中心主轴系统热特性的有限元分析

基于热弹性力学与有限单元法,建立了一台国产新型龙门式加工中心主轴系统的有限元模型,计算了轴承发热量、热对流系数,进行了主轴温度场有限元分析,并采用“热-结构”耦合模型计算了主轴系统的热变形。计算和分析结果表明,在主轴转速为3000r/min时,主轴系统经过33min后达到热平衡状态,最高温升出现在前轴承内圈处。计算分析结果为后续加工中心主轴系统的优化提供了基础。     

热变形对电主轴电机转子与主轴过盈配合的影响

概述了电主轴的结构,分析了电主轴转子与主轴过盈配合存在的问题.通过对电主轴静态过盈量和动态过盈量的比较,针对高速电主轴在稳定温度场下的热变形对电主轴电机转子和主轴配合的影响,从理论上进行了研究,提出了在设计时对过盈量进行热变形误差补偿,为全面提出热公差配合理论奠定了良好的基础.