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。     

高速电主轴热-结构耦合及选材分析

高速电主轴热变形问题一直是影响加工精度的重要因素。为降低电主轴的温升和轴向热伸长量，对某电主轴的热源及热边界条件进行分析，利用ANSYS Workbench软件进行热-结构耦合仿真，得到电主轴温度场和热结构耦合场；搭建实验台测试电主轴系统的温度场和轴向热伸长，验证有限元模型建立的正确性。最后选用38CrMoAl、ZrO₂、Si₃N₄、玻璃陶瓷作为主轴材料进行热-结构耦合对比分析。结果表明：陶瓷材料在热态性能方面优于钢材，玻璃陶瓷材料热态性能最好。     

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。     

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。     

陶瓷电主轴部件径向切削刚度改进

将陶瓷材料Si3N4应用于高速电主轴,利用APDL语言对其进行参数化设计程序开发。分析并计算了陶瓷电主轴的径向切削载荷及刚度,通过有限单元法分析了主轴部件的静力变形和应力分布。以弹簧-阻尼单元COMBIN14模拟轴承支撑,创建了以支撑跨距为变量的主轴参数化驱动模型。采用零阶算法实现了主轴部件静态性能优化,减小了径向载荷作用下的Von Mises应力,并计算出了更为合理的主轴支撑跨距。优化后陶瓷电主轴径向切削刚度提高了1229%,有效改进了主轴部件的加工精度和稳定性。     

高速电主轴冷却系统试验研究

针对高速电主轴实际运行中主轴内部发热量大、温度升高等导致主轴热变形而影响电主轴加工精度问题,以某型电主轴为研究对象,通过仿真与试验结合的方法探究冷却系统冷却能力。阐述电主轴热态特性;分析螺旋和循环冷却系统的有限元仿真结果;进行冷却系统对比试验,验证仿真结果。结果表明:螺旋冷却系统稳态下整体冷却效果和冷却速率都优于循环冷却系统。研究结果为电主轴设计、优化与开发提供了一定的技术参考。     

高速电主轴单元-主轴箱体结合面模态分析与研究

为准确了解高速电主轴的动态特性、提高加工精度,利用ANSYS Workbench建立基于高速电主轴单元-主轴箱体结合面特性的有限元分析模型,又利用吉村允孝法确定结合面的刚度,而后对其进行模态分析和谐响应分析,得出其固有频率、振型和动刚度。最后采用锤击法试验验证,证明该分析方法的有效性,为产品设计分析提供理论依据。     

高速电主轴热误差实验与预测建模

数控加工中心采用高速电主轴,由于电主轴发热导致主轴工作端明显热延伸,严重影响加工精度。以数控精雕机用永磁同步电主轴为研究对象,通过建立热特性实验平台,测试电主轴在不同转速、不同工作条件下的特征温度和热误差数据,建立基于自然指数函数的电主轴轴向热误差预测模型。在不同的工况下对模型的补偿结果进行实验验证,验证结果表明:该预测模型简单、精度较高,且建模成本较低,可以快速应用到实际的加工环境中。     

影响磁悬浮电主轴单元回转精度因素的分析

介绍了磁悬浮电主轴单元的工作原理,对影响其回转精度的因素进行了分析。以拟用于额定功率为2.2 k W且转速可达24 000 r/min的雕铣机中的主轴为例,分析了控制器反应时间不超过10 ms和主轴端部切削力不超过100 N时的主轴悬浮间隙精度、载荷变动量以及控制系统反馈精度对主轴回转精度的影响。结果表明:当前、后径向磁轴承处主轴圆度误差分别不超过0Δ10.002 mm和-0.006mmΔ20.006 mm、主轴端部载荷变动量不超过1 N,主轴回转精度满足加工要求,对提高磁悬浮电主轴单元的工作性能具有重要意义。     

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...     

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.     

卧式加工中心机械镗轴热膨胀及补偿的研究与应用

对镗轴伸缩式卧式加工中心机床机械镗轴在高速范围(2 000~3 000 r/min)加工时,就其热变形量和热变形的原因进行研究,并找出行之有效的补偿方法,以满足机械式镗轴卧式加工中心在加工精度高要求的条件下使用。经检测发现:热影响的各参数中,镗轴后轴承位置的温升明显,且与镗轴热伸长有较好的线性拟合关系。选用PTl00型温度传感器进行温度数据采集并反馈到数控系统中进行轴向补偿,最终以满足加工的需求。     

A study of pre-compensation for thermal errors of NC machine tools

Thermally-induced errors are major contributors to the overall accuracy of machine tools. In this paper, an error pre-compensation system is developed to correct the thermal errors of the spindle and lead screws. A simple gauge 1-D ball array is used to accelerate and simplify the error measurement. An auto-regressive model based on spindle rotation speed is then developed to describe the thermal errors. Using the model, the thermal errors can be predicted without measuring the temperature field of the machine tool as soon as the workpiece NC machining program is made. By correcting the program, the errors can be pre-compensated before machining. Thus the process of compensation is greatly simplified and the cost is reduced. The test results on a vertical machining center show that a 70% reduction of thermal errors has been gained after compensation.     

双气缸自动松拉刀装置电主轴的结构设计及分析

为提高机床加工中心的工作效率,设计了双气缸自动松拉刀装置电主轴,相对于单气缸或油缸的自动松拉刀电主轴系统,该设计更安全可靠且无污染。介绍了双气缸自动松拉刀系统电主轴的基本结构及工作原理,通过ANSYS Workbench分析软件对双气缸电主轴进行有限元仿真分析,并进行试验测试。结果表明:该电主轴松刀力变大,主轴静态刚度满足要求,工作转速远低于其一阶临界转速,前轴承振动速度有效值小于0.6 mm/s、温升小于20℃,证明该电主轴设计合理。     

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。     

小模数滚齿机用电主轴的设计与研究

小模数数控滚齿机去掉了传动用的齿轮副、蜗轮蜗杆副等传动元件,刀具轴和工件轴直接与电机轴相联。几何误差和热误差是小模数滚齿机的主要误差来源,为此,设计了一种新型的电主轴。该电主轴采用了主轴电机置于主轴后轴承之后的形式,缩小了主轴轴承位置的径向尺寸,使轴承摩擦产生的热量的散发,减少了电机发热对轴承变形产生的影响;主轴轴承采用了静压轴承的形式,提高了主轴轴承的耐磨性和回转精度。该电主轴的设计能够提高小模数滚齿机的生产效率和加工精度。     

龙门加工中心主轴滑枕结构有限元分析技术研究

龙门加工中心主轴滑枕结构是连接刀具和机床的一个重要部件,其受切削力和受热变形将直接影响刀具的加工精度.通过建立龙门加工中心主轴滑枕结构的有限元分析模型,在计算热源发热量以及主轴滑枕结构热边界条件的基础上,利用ANSYS有限元分析软件在其工作状态下进行切削力变形分析、稳态热变形分析以及热-结构耦合分析.得到了主轴不同转速条件下主轴滑枕结构热态性能及刀盘直径方向变形规律,为该型龙门加工中心主轴滑枕结构优化设计和热变形补偿提供了理论依据.