基于有限元分析方法的高速电主轴热态特性研究

介绍了高速电主轴的特点,分析了高速电主轴单元的热变形机理与散热机制。建立了某型高速电主轴热态特性有限元分析模型,利用ANSYS进行了稳态／瞬态温度场及热-结构耦合场分析,并利用分布加载瞬态热分析模拟了机床一天中的实际工作情况,得到了电主轴的温度场变化情况,为有效控制电主轴的温升提供了理论依据。在分析结果的基础上,提出了改善电主轴热态特性的措施,为电主轴冷却结构设计提供了参考。     

HMC80卧式加工中心电主轴热态特性分析

分析了高速电主轴的两个热源,轴承发热和电机的发热,并计算了轴承和电机的发热量.分析了高速电主轴的散热特性,并对电主轴各部分散热系数进行了计算.以HMC80卧式加工中心电主轴为例,运用ANSYS有限元软件建立了电主轴的稳态热分析模型,以散热系数为边界条件,轴承和电机的发热量为热载荷进行有限元分析,得出该电主轴在热稳定状态下的温度场分布.分析结果表明,主轴前后轴承的温升符合该电主轴的温升标准,说明了该电主轴设计的合理性,最后提出了改善该电主轴热态特性的措施.     

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.     

高速电主轴稳态热性能分析

详细介绍了高速电主轴内部的发热特性,包括轴承的摩擦生热、电机运转生热以及内部空气与高速旋转主轴的粘性摩擦生热,分析了电主轴内部的热传导机制及冷却机制,建立了比较通用的电主轴热特性计算的理论模型,并以实际项目的电主轴为例进行了有限元分析,对实际工作中的电主轴结构设计具有较强的指导意义。     

机床主轴系统热态及变形特性研究进展

从电主轴的轴承热态特性、主轴热态特性及刀柄变形特性等角度入手,分析了影响电主轴工作性能的若干关键技术,介绍了国内外电主轴相关技术的研究进展,指出了高速精密电主轴技术的发展趋势.     

高速电主轴温度场分布研究

以加工中心高速电主轴单元为研究对象,分析电机的损耗发热和轴承的摩擦发热两个主要热源,计算了热源的生热率和电主轴各部分之间的对流换热系数。运用ANSYS有限元软件建立了电主轴温度场瞬态和稳态模型,以对流换热系数为边界条件、生热率为载荷进行分析,得出该电主轴的稳态温度场分布以及轴承的瞬态温升曲线。最后提出改善电主轴温升的有效措施,为电主轴的温升控制提供理论依据。     

拟实环境下高速电主轴建模与热态特性研究

将虚拟样机技术应用于高速电主轴热态特性研究.对实现虚拟电主轴及其热态特性分析所需的关键技术进行阐述,详细讨论电主轴系三维建模,热态特性获取,热应力、热变形分析以及补偿控制方法,为电主轴设计奠定基础.设计过程数字化,实现了人机结合的计算机辅助设计分析,提高了电主轴的设计效率和质量.     

基于ANSYS的机床电主轴温度场计算仿真分析

针对高档数控机床热变形严重影响加工精度和加工产品质量的问题,首先介绍了高速电主轴的特点.其次,选取了某一种型号的电主轴和支撑结构,计算出热参数.再次,运用ANSYS有限元软件对电主轴单元的温度场进行了稳态和瞬态仿真.最后,根据仿真结果,提出了改善电主轴温度场分布不均匀的措施以及减小电主轴热变形的方案,为机床和加工中心等装备实现高速、高精密加工提供了一定的技术依据.     

高速电主轴热态性能分析

高速机床是实现高速加工的必要条件,高速电主轴是高速机床的关键部件.在高转速下,电主轴会产生热变形,从而严重影响高速机床的加工精度.本文对车铣用电主轴的热态特性利用ANSYS进行了基于热接触理论的有限元分析.最后提出了改进高速电主轴温度场分布的主要措施.     

油-气润滑参数对高速电主轴滚动轴承温升的影响

油-气润滑系统是高速电主轴单元的重要组成部分,它对高速电主轴滚动轴承的热态特性有着重要的影响.分析润滑油运动黏度、压缩空气压力、压缩空气流量在不同转速条件下对轴承温升的影响,通过对比分析得到三者对轴承温升和温升梯度的影响图.     

Equivalent thermal conductivity of heat pipes

In precision machining, the machining error from thermal distortion carries a high proportion of the total errors. If a precision machining tool can transfer heat fast, the thermal distortion will be reduced and the machining precision will be improved. A heat pipe working based on phase transitions of the inner working liquid transfers heat with high efficiency and is widely applied in spaceflight and chemical industries. In mechanics, applications of heat pipes are correspondingly less. When a heat pipe is applied to a hydrostatic motorized spindle, the thermal distortion cannot be solved during the heat transfer process because thermal conductivity or equivalent thermal conductivity should be provided first for special application in mechanics. An equivalent thermal conductivity model based on equivalent thermal resistances is established. Performance tests for a screen wick pipe, gravity pipe, and rotation heat pipe are done to validate the efficiency of the equivalent thermal conductivity model. The proposed model provides a calculation method for the thermal distortion analysis of heat pipes applied in the motorized spindle.     

高速立式加工中心电主轴的温升测试及分析

针对高速立式加工中心电主轴内置电动机的特点,分析了电主轴产生温升的热源。通过设计与搭建电主轴试验平台,采用DH5922动态信号测试分析系统,选择热电阻适调器组成的检测系统,完成了电主轴的温升测试试验。通过对试验结果的分析,验证了电主轴温升产生的原因,并提出了相关对温升进行实时监控的措施。     

内装式电主轴电机的发热和温升问题

电主轴电机的功率损耗发热和高速滚动轴承的摩擦发热所产生的热变形严重影响了机床的加工精度,改善电主轴的温升和发热状况是当前电主轴研究的一大内容.就相关问题有针对性地提出了几种具体的处理措施.     

立式加工中心电主轴的热分析

分析了立式加工中心电主轴的主要发热源,对轴承的摩擦发热进行了分析计算.在此基础上利用ANSYS建立了电主轴稳态温度场有限元模型并进行了分析计算.对电主轴中关键部住的温度场分布进行了分析,最后提出了改进电主轴温度场的主要措施.     

基于接触热阻的磨齿机电主轴热特性分析

大规格数控成形磨齿机高速电主轴系统在加工过程中产生大量热量,导致砂轮主轴产生相应热变形,影响加工精度。针对这一现象,提出了一种考虑接触热阻的瞬态热-结构耦合分析方法。该方法基于分形理论,利用W-M分形函数表征结合面接触状态,使用均方根测度法对分形参数进行识别。结合基体热阻和收缩热阻的影响计算结合面间总接触热阻,并计算热源发热量及各部件的对流换热系数,建立了综合考虑内部热源、边界条件和接触热阻的综合有限元模型,获得热误差仿真结果。分析电主轴温度及热变形在是否考虑接触热阻情况下变化差异。最后建立电主轴系统热误差测量试验平台,通过试验验证了该方法的准确性和可靠性。通过仿真得到温度及热位移量与实验值基本一致。     

Dynamic modeling for thermal error in motorized spindles

This paper proposes a new modeling methodology to predict thermal error in motorized spindles. The dynamic model predicts thermal errors that are caused by deformation in the motorized spindle structure due to heat flow from internal sources. These thermally induced errors become more serious and dominate the total error when it comes to high speed and high precision. If these thermal errors can be predicted, they can be compensated in real time. In this paper, a new thermal errors model (ARX model) is presented which capitalizes on the notion that the motorized spindle thermoelastic system has very complicated dynamics. Furthermore, the selection principle of temperature key points, which are indispensable for building a robust thermal error model, is provided using the thermal error sensitivity technology. At last, an experiment on the thermal error in a motorized spindle is conducted to verify the effectiveness of the ARX model, the experimental results show that above 80 % of axial thermal errors are predicted for a variety of motorized spindle cycles and the dynamic model has good accuracy and robustness.     

Thermal error prediction of motorized spindle for five-axis machining center based on analytical modeling and BP neural network

Journal of Mechanical Science and Technology - To ensure the stability of precision of the motorized spindle for five-axis machining center, the thermal error of five-axis machining center was...     

电主轴设计的几个关键问题

论述用于立式加工中心的电主轴设计时轴承的合理选择,使用有限元分析了20 000r/min主轴的固有频率特性以及电动机和轴承发热对主轴精度的影响,完成了高速主轴单元的结构设计.     

基于ANSYS Workbench的高速电主轴模态分析及其动特性实验

介绍了电主轴的主要结构,并以260XDJ 12型车铣复合加工中心用电主轴建立有限元模型,应用ANSYSWorkbench对电主轴进行模态分析,得到其固有频率、振型以及临界转速.并通过激振试验对分析结果进行实验验证,实验结果验证了电主轴设计的合理性.     

高速电主轴动态及热特性研究

以高速加工中心用电主轴为研究对象,对其动态特性进行了仿真分析,得到其低阶频率和振型,为电主轴的稳定性研究提供了理论依据。同时,分析了转速、切削力和润滑方式等因素对电主轴温度的影响。