多因素对电主轴热态特性的影响

为了精确表征电主轴运转过程中的热态特性,综合考虑热诱导预紧力与黏温效应的影响,建立了新的轴承生热动态模型,在热边界条件引入接触热阻的基础上,采用有限元方法得到主轴系统稳态温度场分布,并分析了主要因素对电主轴热态特性的影响。计算结果表明:接触热阻的存在使主轴系统整体温度梯度增加,比没有考虑接触热阻时的温升高;温升引起的热变形,不仅生成了热诱导预紧力而且增加了轴承的温升;为了降低轴承产热,低转速下应选用高粘度润滑油,低转速下应选用高粘度润滑油。     

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.     

液体静压电主轴系统热-结构耦合特性研究

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和不同方向的热变形分布。结果表明:电主轴系统的最高温度出现在主轴前轴承处;电主轴系统轴向最大热变形出现在主轴前端砂轮安装处,沿径向的热变形偏大,影响加工精度。     

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.     

高速电主轴热特性建模与冷却系统参数优化方法研究

电主轴热变形是影响加工精度的主要因素之一，而热变形主要由电主轴温升引起，其中冷却系统是影响电主轴温升的关键因素。为了优化冷却系统关键技术参数，以某型号高速电主轴为例，建立了考虑主轴不同旋转面换热系数的热特性模型，提高了温度场和热误差的仿真精度，并进行了主轴不同转速的温升与热误差实验，验证了仿真模型的正确性；基于所建立的电主轴热特性仿真模型，利用正交试验法进行了冷却系统参数优化，冷却参数优化后的仿真实验结果表明，电主轴最高温度降低了2.0℃，热变形减小了25.76μm，为电主轴冷却系统优化提供了理论参考。     

小型铣削中心主轴-轴承系统的热态特性分析

对主轴建模,计算出与主轴实际工作条件相适应的热边界条件:轴承发热量和传热系数,确定主轴的约束条件,用COSMOS有限元分析软件对小型铣削中心主轴-轴承系统的热态特性进行分析,得到主轴稳态温度场分布、瞬态温升和主轴热变形情况,为主轴的进一步优化设计提供理论依据.     

高速电主轴的热变形研究

以高速机床电主轴单元为研究对象,研究主轴温升对电主轴精度的影响.通过对电主轴主要热源的分析,应用ANSYS软件对主轴进行建模,研究高速电主轴轴心温度场的分布情况和主轴的变形趋势.在明确主轴产生的热量与热变形量之间关系的基础上,提出针对电主轴热变形量的补偿措施,从而提高高速机床的稳定性,确保主轴精度的保持性.     

计入电磁平衡装置的机床电主轴稳态温度场有限元分析

为了实现机床电主轴在工作过程中不停机主动平衡,设计了一种电磁平衡装置,将其集成到电主轴前端,形成了新的自平衡电主轴。为了研究该新型电主轴的热特性,建立了其三维有限元模型,计算了生热率和换热系数,确定了热载荷和边界条件,完成了自平衡电主轴整机三维稳态温度场分析,获得了温度分布云图。重点研究了平衡头安装、通电和主轴转速对自平衡电主轴温升的影响,根据分析结果确认了自平衡电主轴受平衡头和转速影响规律,对所提出的新型自平衡电主轴热学设计和散热优化提供了基础。     

高速电主轴的热态性能分析及实验研究

利用ANSYS对GDS4000Ⅱ型高速电主轴进行了热分析,研究了电主轴的稳态温度场分布和热变形的情况,并对该电主轴进行了热误差实验研究。通过仿真结果和实验结果的对比,验证了有限元分析的主轴热变形结果,可为改善电主轴的热态特性提供依据。     

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。     

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。     

高速高性能电主轴热态性能分析

基于高速电主轴的能量流模型,应用摩擦学和电磁学理论分别计算轴承的生热率和内置电机的电磁损耗;应用传热学理论,确定电主轴的热边界条件.在此基础上建立电主轴有限元分析模型,并对其仿真分析和求解.结果表明,前端轴承、主轴前端和定子是电主轴温升最严重的部位,且在主轴运行初始阶段,温升最快.因此要改善电主轴的热态性能,不仅要在温...     

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.     

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.     

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.     

高速加工中心电主轴热态特性研究

高速加工过程中,由电机生热及滚动轴承的摩擦生热而引起的电主轴的温升及热变形是影响加工中心精度的关键因素.对高速加工中心电主轴的热态特性进行了分析研究,详细论述了电主轴内部两大热源的生机理以及电主轴单元的传热机理最后总结并提出了改善电主轴单元热态特性的措施.     

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。     

基于数字孪生的电主轴热特性研究

为提高热特性有限元分析精度,提出了基于数字孪生的电主轴热特性分析方法。搭建基于IoT数据采集系统的电主轴热特性数字孪生物理空间,设计开发基于Java、ANSYS、MATLAB联合编程的热特性数字孪生系统,提出了基于关键测温点温度的热边界条件修正模型,实现了物理空间与虚拟空间的数据映射及热特性数字孪生。实验结果表明,热特性数字孪生体的温度精度达98%,热变形精度达95%,有效提高了热特性有限元分析精度。     

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.     

高速电主轴电动机—主轴系统的机电耦合动力学建模

针对高速电主轴系统具有复杂机电系统的特点,提出对高速电主轴系统进行机电耦合分析的观点。提炼并归纳了高速电主轴系统中存在的多物理过程、多参数耦合现象,给出高速电主轴系统全局耦合关系的框图。通过分析高速电主轴电动机—主轴子系统的结构及其耦合情况,得到了该子系统的机电耦合关系框图,并建立其物理模型。基于机电系统分析动力学理论,采用变分原理法,应用拉格朗日方程建立电动机—主轴子系统的电压方程和机械运动方程,将两组方程联立得到与该子系统物理模型相对应的数学模型,导出子系统的动力学方程,为进一步研究高速电主轴系统的机电耦合动力学性能提供理论基础。