高速电主轴系统的热瞬态分析.pdf

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1、2013年7月机床与液压Ju1．2013第41卷第13期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．41No．13DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．13．007高速电主轴系统的热瞬态分析苏宇锋，袁文信，苏六帅，刘德平，汪玉平(1．郑州大学机电一体化研究所，河南郑州450001；2．安阳鑫盛机床股份有限公司，河南安阳455000)摘要：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进行瞬态的热一结构

2、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3000S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。关键词：电主轴；有限元分析；热一结构特性中图分类号：TG502；TH122文献标识码：A文章编号：1001—3881(2013)13—026—3ThermalTransientAnalysisforH

3、igh-speedMotorizedSpindleSystemSUYu~ng，YUANWenxin，SULiushuai，LIUDeping，WANGYuping(1．MechatronicsInstitute，ZhengzhouUniversity，ZhengzhouHenan450001，China；2．AnyangXinshengMachineToolCo．Ltd．，AnyangHenan455000，China)Abstract：Bytakingthemotorizedspindleof

4、CX8075turn-millingcombinedCNCmachinecenterasaresearchobject，itsthreedimensionalmodel(3D)wasestablished，andthetransientthermal-structuralcouplinganalysiswascarriedoutbyusingengineeringfiniteelementanalysis(FEA)softwareABAQUS．Thechangeoftemperaturenear

5、themainheatsourceandthetrendofchangeofthermaldeformationattheendofspindlewereresearched．Theanalysisresuhshows：thetemperatureofthemotorizedspindleisin—creasedmostinthestatorandtherollingelementofthefrontandbackbearinginspindlemotor，andtheaxialandradia

6、lthermalerrorofspindleisoccurredmainlyinthe3000secondfromstart．Therefore，theeffecttomachiningprecisionbythermalerrorcanbere-ducedinacertaindegreebysuitablypre—heatingthemachinetoolbeforemachining，whichprovidestheoreticalbasistofurtherre—searchforthet

7、hermalerrorofthemachine．Keywords：Motorizedspindle；FEA；Thermal—structuralcharacteristics高速电主轴作为高速机床的最核心部件，同时也前轴承主轴电机定子电机转子后轴承是这类型的机床的最大的热源。在高速加工中，由于高速机床主轴系统都采用高刚度的设计，而其外载荷却不大，因此由外载荷所引起的主轴的弹性变形也较小。．然而电主轴在运行中的发热却是不可避免的，由机床发热所引起的加工误差已经占到了总加工误差的60％～80％，目前

8、的研究主要集中于数控机床的图1电主轴结构简图热误差补偿；而高速主轴单元是数控机床的主要表1CX8075中电主轴技术参数热源，因此有必要针对电主轴加以分析，改善其热一结构性能。功率／kw20l】电流／A42作者以某机床厂生产的大功率车铣复合加工中心转速／(r·min)3000～12000lI额定效率0．8CX8075的铣削电主轴为研究对象，如图1所示，着扭矩／(N·m)9．5lj润滑方式油一气电Ue_／v380±38lj重从电主轴的热一结构特性方面利用有限元的方法进行分析和研究。1．1内置式电动机