高速电主轴热态性能的有限元分析及温升控制

针对高速加工中心电主轴电机内置的特点,分析了电主轴的各种热源并计算了发热量,建立了电主轴热态特性的有限元模型,在有限元软件Ansys中对电主轴的热态特性进行分析,得出电主轴稳态温度场分布图,为冷却系统的设计提供了理论基础。采用热电偶对电机定子的温度进行检测,通过PLC的控制可对冷却系统的水流速度进行适时调节,加强对流换热的作用,进而加强电主轴的冷却效果。     

高速电主轴热—结构特性研究

文章讨论了对CX8075车铣复合加工中心高速电主轴的建模,并利用有限元软件ABAQUS分析其热—结构特性,得到电主轴系统的温度分布和热变形情况,为进一步研究机床的热误差提供了理论依据。     

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。     

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。     

高速电主轴系统的热瞬态分析北大核心

以CX8075型车铣复合加工中心的电主轴为研究对象,对其进行三维建模,利用工程有限元分析软件ABAQUS进行瞬态的热—结构耦合分析,研究了主要热源附近的温升变化和主轴轴端的热变形的变化趋势。分析结果表明,电主轴温升最大的部位位于主轴电机的定子和前后轴承的滚动体;主轴的轴向和径向热误差主要在前3 000 s变化较大,因此在加工前对机床适当地预热能够一定程度上减少热误差对加工精度的影响,为进一步研究机床的热误差提供了理论依据。     

数控机床电主轴单元热-结构特性动态分析

分析了高速电主轴单元热变形机理与散热机制,对主轴单元热态特性要求进行了描述,利用AN-SYS对高速电主轴进行了热-结构耦合分析。通过改变电主轴有限元模型中的边界条件,对不同转速、润滑方式、冷却结构设计、内装式电机选择条件下电主轴热-结构特性进行了对比分析。根据分析结果,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。     

电主轴热特性分析与基于自然指数的热误差建模

提出了一种基于自然指数的数控机床电主轴热误差建模方法。通过对电主轴结构及温度场的分析,得到用于电主轴热特性有限元分析的几何模型和热边界条件,利用ANSYS对电主轴进行热特性有限元仿真分析,得到电主轴的稳态温度场与稳态变形场。电主轴任意转速下的热误差可通过自然指数模型来描述,但需要确定任意转速下的热平衡时间常数和稳态热误差两个参数,为此给出了两个参数的计算方法。在一台加工中心上进行任意转速下的电主轴热误差测量实验,结果表明：自然指数模型具有很好的鲁棒性和很高的准确性。     

数控机床高速电主轴的研究进展

本文从高速电主轴的动力学特性、轴承与润滑、热特性、制造装配技术、电机与测控等几方面。系统地阐述了数控机床高速电主轴的国内外发展现状。     

应用有限元方法对高速电主轴的优化设计

介绍了高速电主轴的结构特点，应用有限元分析软件ANSYS以刚度为目标对高速电主轴进行了优化设计，并对优化后的结构进行了热态校核。     

高速电主轴关键技术的研究

高速加工技术能极大地提高生产率和降低生产成线,是２１世纪最有发展前任的先进制造技术之一。电主轴是实现机床高速化的核心部件,本文结合高速铣削用大功率电主轴开发课详细分析了高速主轴技术的现状,存在问题及解决方法。     

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.     

高速大功率电主轴的油水热交换系统设计

高速电主轴是实现高速加工的首要关键技术,文章对电主轴的电机基本结构和发热特性进行了分析,并设计出对电机定子进行循环冷却的油水热交换系统,通过有限元分析结果表明油水热交换系统能较好地解决电机定子的散热问题.     

FEA方法在电主轴阶梯过盈联结校核中的应用

介绍了高速数控机床电主轴扭矩传递联接——阶梯过盈配合的结构特点，和应用有限元方法对该过盈配合联接进行了应力应变分析的详细过程，通过结果分析，验证了该结构设计的合理性和联接的可靠性。     

Bearing load analysis and control of a motorized high speed spindle

Angular contact ball bearings are the most popular bearing type used in the high speed spindle for machining centers. Because the bearing load is increased rapidly with the raised spindle speed due to the centrifugal force and temperature raise, proper initial preload and especially operating-induced load control of the angular ball bearing is important to the rigidity, accuracy and life of the spindle. The bearing layout, preload mechanism an on-line load bearing control are discussed in this paper. The management of the centrifugal force and thermally-induced bearing loads is especially emphasized. An active bearing load monitoring and control mechanism that consists of an integrated strain-gage load cells and piezoelectric actuators has been developed and tested. This active control and monitoring mechanism on-line adjusts the bearing load according the cutting conditions. Experiments were conducted to identify the proper initial bearing preload range. Optimal preload for the lowest bearing temperature raise existed for a specified spindle speed. The optimum preload, however, should be raised when the operational speed is increased.     

高速电主轴用球轴承油气润滑温度场仿真与实验研究

基于局部热源计算轴承内部生热,考虑不同转速计算油气润滑下轴承滚道表面对流换热系数,采用Mixture多相流模型结合RNG k-ε湍流模型和Fluent软件动网格技术,建立球轴承两相流场模型,求解得到电主轴球轴承油气润滑温度场,分析轴承内部温度分布,给出最佳供油量的确定方法。对某高速电主轴用球轴承进行了油气润滑两相计算,结果表明:随着转速增大,轴承总摩擦生热率急剧增大,且转速越大,增长幅度越大;给定工况存在最佳供油量,且最佳供油量随转速增大而增大。最后通过电主轴轴承实验证明了该模型对油气润滑模拟的可靠性。     

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。     

轴承预紧力对陶瓷电主轴特性影响分析?

基于170 SD30 SY无内圈陶瓷电主轴转子具有比重轻、耐磨、高弹性模量等优良的综合特性,对不同预紧力载荷下的主轴前端振动位移进行仿真分析;在ANSYS中求解因预紧力在轴承处摩擦产生的温升,并导入整个模型当中,研究整个温度场的分布;对轴承在不同预紧力工况下的使用寿命进行计算分析;依据上述仿真和计算分析,并考虑合理的工况条件下选择合理的预紧力,在该预紧力下进行了振动和温升的实验测量,与仿真进行对比,验证仿真的正确性,从而证明选取预紧力的正确性。     

水润滑高速电主轴轴承零泄漏密封结构设计与仿真分析

文章设计一种新型的迷宫密封与高压气体密封相结合的密封方式,利用Gambit和Fluent相关计算流体动力学软件,基于两相流和瞬态模型模拟新型密封方式的密封原理,分析该系统的内部流场和压力分布。根据不同入口压力和密封间隙条件下的气液两相图,进行对比分析,确定最优密封压力和密封间隙。分析结果表明该非接触、动力密封结构密封效果良好,为水润滑高速电主轴轴承密封结构的设计提供了新的思路。     

混合陶瓷球轴承接触曲面及接触应力的三维有限元分析

本文提出用有限元法，并借助于有限元分析软件ANSYS5．7对转速为60000r／min的深沟混合陶瓷球轴承接触应力进行计算，并用二次曲面方程对接触曲面的形状进行拟合。     

时变效应对轧辊轴承热弹流润滑的影响

介绍了时变效应对于乳化液热弹流润滑轧辊轴承的影响,对比了稳态与时变条件下的热弹流润滑膜的压力与膜厚.建立了考虑时变效应的乳化液润滑轧辊轴承热弹流润滑数学模型,利用压力求解的多重网格法和弹性变形的多重网格积分法,得到了时变条件下乳化液热弹流润滑轧辊轴承的数值解.计算结果表明:时变效应对于热弹流乳化液润滑膜压力的影响很小,但对于膜厚的影响却很大,即时变效应时乳化液的润滑膜厚明显变薄.