基于热-结构耦合模型的高速电主轴温升特性分析与实验研究

为解决热变形对主轴寿命及加工精度的影响,对高速电主轴的温升特性进行研究。首先建立了电主轴的热 结构耦合模型,然后利用ANSYS软件进行热态模拟,分析稳态温度场的分布以及电主轴的热变形情况,最后探讨了主轴转速与切削力的变化对电主轴温度的影响。研究结果表明：所用方法可有效模拟电主轴工作过程中温度场分布以及热变形,仿真与实验结果基本一致,为电主轴温度控制提供参考。     

基于热-结构耦合模型的高速电主轴温升特性分析与实验研究（英文）

为解决热变形对主轴寿命及加工精度的影响,对高速电主轴的温升特性进行研究。首先建立了电主轴的热-结构耦合模型,然后利用ANSYS软件进行热态模拟,分析稳态温度场的分布以及电主轴的热变形情况,最后探讨了主轴转速与切削力的变化对电主轴温度的影响。研究结果表明:所用方法可有效模拟电主轴工作过程中温度场分布以及热变形,仿真与实验结果基本一致,为电主轴温度控制提供参考。     

高速电主轴单元的热-结构性能虚拟仿真分析

主轴单元的热变形是高速加工中影响精度的主要因素。本文利用大型有限元分析软件ANSYS对高速电主轴进行了热-结构耦合分析。计算结果显示，设计的高速电主轴单元主轴轴承、主轴前端温升理想，工作端轴向热位移很小。这表明设计的电主轴具有良好的热-结构性能，可以满足加工精度要求。     

机床热变形及热误差优化研究

为减少热变形对精密加工精度影响,对夏冬两季节机床主轴箱上温升和热变形及环境温度的影响进行了测试分析,并采用BP神经网络模型化的Volterra级数非线性系统实现热误差建模。分析结果表明：夏天环境温度受主轴箱散热影响而温度迅速升高;冬季机床散热较快,主轴箱上温升比较明显,环境温度几乎不变;同一台机床在夏季和冬季的热变形规律相似而变形量稍有不同。通过实验验证了该模型具有预测精度高的优点,为数控机床热误差实时补偿提供了参考。     

电主轴温升分析及实验研究

为了研究电主轴在工作时温度变化规律,文章结合能量守恒和热平衡原理,建立了电主轴温度随时间变化的模型,得出时间—温升规律符合指数规律;当电主轴结构、材料及工作环境确定的情况下,电主轴达到热平衡所需时间是不变的。通过对某型号数控机床设计温度采集方案,在机床电主轴上布置温度传感器,采集了不同转速下的温度值,分析实验结果可得电主轴的温升随着转速升高而增大;时间—温升变化规律和所建立的数学模型相一致;该模型可以对机床电主轴的温度变化情况进行预测,为研究机床关键热源的热特性提供了理论依据。     

油气润滑参数对高速电主轴热特性影响的试验研究

为研究油气润滑参数对高速电主轴热特性的影响,在考虑气流压力和供油量2个因素下对高速电主轴进行热特性正交试验。结果表明:供油量对温升指标的影响最大,气流压力影响次之,二者的交互因素对温升指标的影响比较小。获得了最佳水平组合,得到了不同水平组合下电主轴各方向的热变形;分析电主轴各方向热变形不同的原因,得到在实际加工中应该重点控制主轴Z方向热变形量的结论。     

铝合金搅拌摩擦焊电主轴冷却系统的设计与仿真

铝合金搅拌摩擦焊电主轴作为铝合金搅拌摩擦焊机床的核心部件,其热态稳定性影响着机床的高质量的焊接。为有效预测并控制铝合金搅拌摩擦焊电主轴运转过程中的热态性能及其对铝合金搅拌摩擦焊主轴焊接质量的影响,建立铝合金搅拌摩擦焊电主轴水路的热态分析有限元模型,分析热稳定状态下铝合金搅拌摩擦焊电主轴水路的温度场分布以及冷却系统对铝合金搅拌摩擦焊电主轴温升的影响,分析结果表明,提高铝合金搅拌摩擦焊电主轴现有冷却系统的冷却效率可有效控制主轴电机和内置轴承的温升;同时,仿真分析冷却水路对铝合金搅拌摩擦焊电主轴温升的影响,揭示铝合金搅拌摩擦焊电主轴温度场分布的非线性特征。进行合理的轴承配置、选择合适冷却水道尺寸以及增加冷却水流量均可有效改善电主轴热态性能。     

精密主轴热变形误差的实验研究

主轴是机床的关键部件,其热变形误差是影响精密机床工作精度的主要因素之一。文章对镗床主轴的不同热变形误差形式及对加工精度的影响进行了讨论。依据ISO和ASME标准建立某型号精密卧式坐标镗床热变形误差的测试环境,采用高精度测试系统对其主轴进行温度和热变形误差的实验测试与分析。结果表明,主轴热变形误差严重影响机床加工精度,主轴转速影响其达到热平衡的时间及热误差大小,需采取有效措施对热变形误差进行补偿,优化热结构,进一步提高机床加工精度。     

车铣复合加工中心电主轴系统的温度场分析

电主轴系统在多种热源作用下产生的热变形已成为影响机床加工精度的主要因素.在对电主轴系统各个生热源分析、计算的基础上,建立电主轴系统的合理模型,把计算得到的生热和传热等参数以边界条件的形式施加到有限元模型上,得到主轴系统的温度场分布和最高转速时电主轴系统的瞬态分析,计算出主轴各部分温度随时间的变化,根据分析结果提出改进措施,为完善电主轴系统的结构设计提供理论依据.     

电主轴温升在线检测系统的研究

随着高速加工的发展,对电主轴的要求也越来越高,电主轴的发热成为一个有待解决的重大难题。文章采用红外测温的方法对电主轴进行在线检测,建立温度模型,对电主轴温升及其故障进行预测和报警。最后提出了有效降低电主轴温升减少主轴热变形的方法。     

基于热接触分析的电主轴热态特性研究

采用热接触有限元分析方法对电主轴的温度场进行了分析,并且通过实验对有限元分析模型进行了校核和验证,提出了改善电主轴热态特性的措施,对改进措施的效果进行有限元分析,分析表明改进措施具有良好效果。分析了在油脂润滑和油-气润滑条件下电主轴温升所引起的的热变形,结果表明降低主轴温升对减小主轴的热变形具有明显效果。     

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。     

GMDH神经网络在电主轴热位移建模中的应用

针对机床电主轴在高速运转时内部发热造成的热误差问题,对比BP、RBF神经网络方法,采用一种基于GMDH神经网络的电主轴热误差建模方法。以某型号高速数控机床电主轴为研究对象进行热误差实验,通过利用温度传感器和电涡流位移传感器分别采集主轴温度和轴向热位移数据,运用数据处理群集方法(GMDH)建立主轴轴向热误差预测模型。经过数据对比表明:该方法较传统的神经网络方法具有学习速度快、获得全局最优解、泛化性能好、拟合预测精度高等优点。     

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。     

液体静压主轴热特性分析与试验研究

有效的热变形仿真分析是机床热平衡设计以及热误差补偿的基础。为了提高热变形仿真的精度,通过优化发热量等计算方法以及合理设计分析流程,基于ANSYS Workbench对超硬车数控车床液体静压主轴箱系统进行热特性仿真分析以及温升测试试验。热特性仿真与测试试验结果表明:温度场仿真与试验结果误差在5%以内,保证了热变形仿真的有效性。由变形仿真分析知:主轴3个方向上的热变形及主轴前端最大变形为5μm,为热误差补偿提供理论基础。由试验结果得到了同一转速下各热源处温升随时间的变化曲线,为合理预热、提高加工精度提供理论基础。     

冷却润滑参数对电磁自平衡电主轴温升影响的研究

高速电主轴高度紧凑的结构使其在服役过程中散热困难,常采用油雾润滑和循环水冷方式强制降温。以一种新型电磁自平衡电主轴为对象,研究了异步电动机、滚动轴承和电磁平衡头生热原理;分析了主轴系统传热机制;采用有限元热分析对170MD12Y16-EMAB45电磁自平衡电主轴进行了稳态温度场分析,研究了冷却液流量、压缩空气流量对电主轴最大温升的影响规律。结果表明:电磁平衡头对电主轴温升影响总体很小,电磁自平衡电主轴具有良好热特性;获得了最佳温控参数,为这种电主轴的优化设计和工程应用奠定了基础。     

基于流固耦合的高速电主轴冷却系统分析北大核心

针对机床高速电主轴在高速运转中的冷却问题,以某型号卧式加工中心高速电主轴为研究对象,基于流固耦合法,对串并联、单螺旋及双螺旋三种冷却流道结构从流速、压力、温升三方面进行详细对比。另外,为了进一步优化提升流道对电主轴的冷却效率,通过理论计算分析流道内不同初始流速对主轴热平衡后温升影响,以及不同流道几何参数对换热能力和压力损失的影响,并运用Fluent分别对以上两种提升流道冷却效率的影响因素进行仿真分析。研究结果表明,双螺旋结构因其结构的独特性综合对比为最佳冷却结构;主轴散热随流道内初速流速的增加呈现先急后缓,可通过对比选取最佳冷却流速;流道几何参数对换热能力影响较小,但对压损影响较大,提出了综合考虑换热与压损的流道几何参数设计。研究结果为精密高速电主轴在冷却系统的设计提供了一定理论依据。     

高速磨削电主轴冷却系统的试验研究

高速磨削电主轴的温升对电主轴的加工精度和使用寿命有着重要的影响。以SPM170高速磨削电主轴为研究对象,采用理论分析和试验验证的方法对高速磨削电主轴的冷却系统进行了研究。通过分析可知电主轴电机部分的产热主要是由铁芯损耗产生的,水冷系统可以有效地带走电机部分的热量,使电主轴的温升降低。对SPM170高速磨削电主轴的冷却系统进行了改进,设计了一种新型螺旋水道,在电主轴最高工作转速时,分别测量电主轴前轴承壳体温度,并对比其温升。结果表明:采用改进之后的螺旋水冷装置电主轴的温升比改进前温升降低了10℃左右,温升得到了有效的控制。     

基于模糊聚类与灰色理论的机床主轴温度测点优化方法

数控机床主轴热误差是影响机床加工精度的主要因素之一,主轴热误差温度测点优化对于准确建立机床主轴热误差模型、提高机床精度具有十分重要的意义。提出一种基于模糊聚类与灰色理论的机床测温点优化方法,通过对主轴测温点进行模糊聚类分析,根据Xie-Beni有效性指标评定,将温度点归为几类,然后通过对模糊聚类后的测温点与主轴热误差进行灰色相关性分析,实现机床主轴温度测点的进一步优化。试验结果验证了该方法的可行性与有效性。     

MEA优化BP神经网络的电主轴热误差分析研究

针对磨齿机在磨削加工时,电主轴存在热致误差等问题,提出一种基于思维进化算法(MEA)优化BP神经网络建立磨齿机电主轴热误差预测模型的方法。通过测量磨齿机电主轴在加工过程中的温升与位移情况,利用思维进化算法优化BP神经网络算法在MATLAB软件中建立预测模型,并与未经过算法优化的BP神经网络建立的模型进行了对比。在电主轴X向热误差预测实验中,未经过算法优化的BP模型最低补偿率为84.85%,而经过思维进化算法优化BP模型最低补偿率为95.29%。结果表明:经过思维进化算法优化BP神经网络建立的热误差模型,在拟合和预测精度上要优于未经过算法优化的BP神经网络热误差模型。