精密卧式加工中心主轴系统热特性分析

主轴系统的热特性对精密卧式加工中心的加工精度有重要影响.以精密卧式加工中心的主轴系统为主要研究对象,采用有限元软件的热、结构耦合技术仿真计算了主轴系统达到热平衡状态后的温度场分布和热变形.然后结合主轴系统的结构特点,分析了主轴转速、轴承跨距、冷却液流量和冷却液初始温度对主轴系统热特性的影响.结果表明,主轴转速、冷却液流量和冷却液初始温度对主轴系统的温升和主轴端面跳动有重要影响,而轴承跨距的改变影响不大.     

变速箱试验台主轴系统的热－应力耦合场分析

分析汽车变速箱试验台主轴系统的热源和散热,建立了基于热-应力耦合分析的试验台主轴系统有限元模型,按设计要求与工作实际情况计算出发热率和热交换系数,利用ANSYS的热接触有限元分析方法对主轴系统的温度耦合场进行了分析。分析结果表明,主轴系统的散热结构存在缺陷,达不到散热要求,造成轴承座的形变过大而影响实验精度。针对设计实例,提出改进主轴系统热态特性的措施,并对改进后的结构重新进行有限元分析,在合理的分析结果的基础上对设备进行改进,实际测量发现改进后的主轴系统散热效果良好。研究结果为主轴系统的散热结构设计提供了参考和依据。     

立式加工中心电主轴热伸长测试与补偿

针对数控机床主轴热变形对零件加工精度带来的影响占比很大的问题,对电主轴的热伸长随主轴温度的变化规律进行了研究,提出了一种补偿电主轴轴向热伸长的方法,介绍了热伸长补偿系统的硬件组成与工作原理,通过测试分析了在不同转速条件下电主轴热伸长的变化规律,通过多元线性回归理论建立了热伸长补偿模型,介绍了主轴热伸长补偿过程及补偿系统...     

机械主轴热特性分析

以机械主轴为研究对象,运用HyperMesh、Abaqus等有限元分析软件,研究了机械主轴的热特性。通过确定热分析的边界条件、计算皮带轮以及轴承的发热量,建立了机械主轴热力学有限元模型,并通过计算得到了其稳态热、温升变化以及温度场分布情况。结果表明:仿真计算得到的温度场与实验测得的温度分布数据基本吻合,因而采用有限元方法可以较准确预测机械主轴温度变化,皮带轮处的发热在机械主轴中是不能忽略的。而热变形分析显示机械主轴的变形较小,证明该机械主轴结构设计合理。     

高速数控车床主轴变工况温升特性研究

为了定量评价和分析高速数控车床在不同运行工况下的主轴温升特性,以某高速数控车床主轴系统为研究对象,在分析主轴系统热源基础上,考虑实际工况参数对主轴系统温升影响,设计了空转条件和切削条件下的工况参数表,利用正交实验法对各工况参数进行组合,然后运用ANSYS Workbench15.0进行热稳态分析,得到不同工况下主轴系统的温度场分布情况;在此基础上,采用了多元线性回归的方法建立变工况参数与车床主轴系统达到热平衡时最高温升的预测模型,并对模型进行了验证,结果表明主轴系统温度真实值与预测值的误差在0℃~2.5℃范围内,所以预测模型具有很高的预测精度。此模型为车床主轴系统温升特性评估、工程实践中工艺参数的合理确定和热误差补偿提供依据。     

卧式数控机床主轴系统热特性测试及研究

数控机床主轴系统的热特性成为影响机床加工精度的主要因素之一,有必要对数控机床主轴系统的热特性进行相关的研究。以AH130卧式镗铣床为研究对象,分析了数控机床的热变形机理,对数控机床热变形进行了描述,构建了机床主轴热特性测试实验,利用FLIR红外热像仪测温技术、激光三角测距技术测得机床主轴箱温度场分布以及主轴热变形。实验研究发现,主轴上越靠近主轴后部其温升越快,并且主轴Z方向的伸长量大于X、Y方向的变形量,研究工作对数控机床主轴系统的优化设计以及进一步热分析提供了有效的支持。     

基于ANSYS Workbench的数控车床主轴系统热-结构耦合分析

在有限元法与热应力学分析基础上,建立数控车床主轴系统的有限元模型,计算主轴系统热特性分析的边界条件.利用有限元分析软件ANSYS Workbench对主轴系统进行热-结构耦合分析,得到主轴系统的温度场分布和热变形,通过实验验证模型的正确性.同时计算不同主轴转速对主轴系统温升及热变形的影响,分析结果为主轴系统的优化设计及误差补偿提供了一定的依据.     

加工中心主轴系统的热变形分析与有限元计算

以TH6350卧式加工中心为研究对象,构建了一套基于虚拟仪器系统的加工中心主轴系统温度场和热误差测量系统,测出了加工中心主轴系统的温度场和各项热变形.建立了基于I-DEAS的加工中心主轴系统的温度场和热变形有限元模型,得到了主轴系统的温度场和热变形分布及其计算结果,计算结果与实测值得到了较好的吻合,研究结果为加工中心的改进设计、温度控制和误差补偿提供了理论依据.     

加工中心主轴系统的热变形分析与有限元计算

以TH6350卧式加工中心为研究对象,构建了一套基于虚拟仪器系统的加工中心主轴系统温度场和热误差测量系统,测出了加工中心主轴系统的温度场和各项热变形.建立了基于I-DEAS的加工中心主轴系统的温度场和热变形有限元模型,计算出了主轴系统的温度场和热变形,计算结果与实测值得到了较好的吻合,研究结果为加工中心的改进设计、温度控制和误差补偿提供了理论依据.     

基于GRA-PCA的机床主轴系统热敏感点优化

热敏感点优化选取是热误差建模过程中的关键问题,所选取的热敏感点优劣将直接影响热误差模型的精确性和鲁棒性。提出一种灰色关联分析（GRA）和主成分分析（PCA）结合的机床主轴系统热敏感点优化方法,采用GRA筛选对热误差影响较大的温度测点,机床主轴不同位置处的多个测点温度值以及主轴在对应温度下产生的热漂移作为分析数据,通过计算温度变量与热漂移之间的灰色关联度,得到其灰色综合关联度矩阵,确定二者相关性后初选温度变量;根据PCA将高度相关的温度数据简化为较少的相互独立的主成分,将其作为后续热误差模型的输入,从而实现热敏感点优化。将该方法应用于数控机床主轴系统,优化完成的热敏感点数据作为主轴热误差模型的输入变量。结果表明：将优化所得热敏感点作为BP热误差模型输入,预测所得热误差与实际热误差的平均残差为0.83 μm,低于仅采用灰色关联分析法优化热敏感点的5.18 μm及仅采用主成分分析法优化热敏感点的4.57 μm,机床z轴热变形预测精度得到显著提高,有利于改善加工精度。     

HDBS-63高速立式加工中心主轴系统热分析

分析了主轴系统在机床中的重要性及机床误差的主要来源.设计一种立式加工中心的主轴系统,建立主轴系统三维实体模型,经简化导入有限元分析软件,利用有限元法对主轴系统进行热分析及"热--结构"耦合分析.通过不同工况的仿真结果分析,得到主轴系统的温度场分布状况和热变形状态的变化规律,为主轴系统设计提供了良好的参考依据.     

基于分路分量冷却的主轴热偏移控制方法研究

为有效控制主轴的热偏移现象,对数控卧式铣镗床主轴系统进行了热特性分析,提出一种分路分量冷却的主轴热偏移控制方法。设计不同流量的冷却油路,保证主轴轴承的热量被有效带走,进而控制主轴的热伸长,并在样机上进行了试验验证,确定了该方法的有效性。     

加工中心主轴热误差实验分析与建模

以TH6350卧式加工中心为对象，构建了一套基于虚拟仪器系统的温度场和主轴的各项热误差。运用多元回归分析方法建立了加工中心主轴的热误差模型，采用模型聚类分析方法和逐步回归方法对模型进行了分析和优化，并提出了基于PC的误差补偿策略。     

精密卧式加工中心主轴轴向热误差补偿方法

热误差是精密机床最主要的误差源之一。主轴是机床的关键部件,其热误差直接影响机床的加工精度。文章以某型号精密卧式加工中心主轴为对象,对其温度场和热变形进行了仿真分析。根据仿真结果发现主轴轴向热变形更严重,并结合机床结构确定温度传感器布置位置。在此基础上,对不同转速下主轴部分位置温度和轴向热误差进行现场测试。运用最小二乘法建立热误差补偿模型,直接结合机床FANUC数控系统实施主轴轴向热误差补偿。经实验验证,补偿后主轴轴向热误差减小了85%以上。     

数控机床主轴组件热特性研究

文章对机床主轴组件温度场和热变形动态特性之间的差异进行了分析。并通过采用最佳温度测点建模的方法,对XH755C型数控铣床主轴进行了热特性分析,达到了减少由于这种特性差异所带来的影响,简化测量过程及便于进行机床主轴组件热特性研究的目的。     

Characterizations and models for the thermal growth of a motorized high speed spindle

In this paper, the characterizing and modeling of the thermal growth of a motorized high speed spindle is reported. A motorized high speed spindle has more complicated dynamic, non-stationary and speed-dependent thermal characteristics than conventional spindles. The centrifugal force and thermal expansion occurring on the bearings and motor rotor change the thermal characteristics of the built-in motor, bearings and assembly joints. It was found that conventional static models using regression analysis and artificial neural network failed to give satisfactory model accuracy and robustness. An auto-regression dynamic thermal error model, that considers the temperature history and spindle-speed information, has been proposed and proved to improve the model accuracy. However, it was found that temperature-based thermal error models, that correlated thermal displacement of the rotating cutting tool to the temperature measurements on the spindle housing, were not robust. Many nonlinear and time-varying thermal sources, such as coolant jacket, motor air gap, motion joints and assembly interfaces influence thermal displacement. The relationship between temperature measurements and thermal displacements is highly nonlinear, time-varying and non-stationary. A new thermal model which correlates the spindle thermal growth to thermal displacements measured at some locations of the rotating spindle shaft has been proposed. It was found that the displacement-based thermal error model has much better accuracy and robustness than the temperature-based model.     

A review on spindle thermal error compensation in machine tools

Thermal error caused by the thermal deformation is one of the most significant factors influencing the accuracy of the machine tool. Among all the heat sources which lead to the thermal distortions, the spindle is the main one. This paper presents an overview of the research about the compensation of the spindle thermal error. Thermal error compensation is considered as a more convenient, effective and cost-efficient way to reduce the thermal error compared with other thermal error control and reduction methods. Based on the analytical calculation, numerical analysis and experimental tests of the spindle thermal error, the thermal error models are established and then applied for implementing the thermal error compensation. Different kinds of methods adopted in testing, modeling and compensating are listed and discussed. In addition, because the thermal key points are vital to the temperature testing, thermal error modeling, and even influence the effectiveness of compensation, various approaches of selecting thermal key points are introduced as well. This paper aims to give a basic introduction of the whole process of the spindle thermal error compensation and presents a summary of methods applied on different topics of it.     

两种不同材料的电主轴磁-热耦合有限元仿真分析

电主轴热态稳定性影响电主轴整体工作性能,作为电主轴主要热源的内置电机对电主轴热态性能的影响是设计过程中优先考虑的问题之一。电主轴生热小,散热快是保证其优良热态性能的前提。基于电主轴电磁损耗生热机制和电主轴传热散热机制,建立电主轴有限元模型。提出一种电主轴磁-热耦合分析方法,分析电主轴额定转速下内置电机的磁场和温度场,监测电主轴内置电机各部分温度场以及瞬态温度。以170SD30陶瓷电主轴与金属电主轴作为分析对象,分析了采用新型陶瓷主轴材料对改善电主轴内置电机温度场分布的影响。结果表明:陶瓷电主轴电磁损耗小于金属电主轴电磁损耗,在电机损耗热的影响下,陶瓷电主轴温度低于金属电主轴温度。