电主轴热特性分析与基于自然指数的热误差建模.pdf

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1、2014年9月机床与液压Sep．2014第42卷第l7期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．42No．17DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2014．17．003电主轴热特性分析与基于自然指数的热误差建模代贵松，袁峰，张余升，杨建国(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：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

2、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。关键词：电主轴；有限元分析；热误差；自然指数模型中图分类号：TH161文献标识码：A文章编号：1001—3881(2014)17—009—5ThermalCharacteristicsAnalysisforMotorizedSpindleandThermalErrorModelingBasedonNaturalExponentialDAIGuis

3、ong，YUANFeng，ZHANGYusheng，YANGJianguo(SchoolofMechanicalandPowerEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Akindofthermalerrormodelingmethodofamotorizedspindlebasedonnaturalexponentialwasproposed．Through．theanalysisofthestructureandtemperaturefieldofthemotorize

4、dspindle，thegeometricmodelandthermalboundaryconditionwhichwereusedtoanalyzethethermalcharacteristicofthemotorizedspindlewereachieved．ThenthethermalcharacteristicFiniteElementAnalysis(FEA)wasproceededtogetthesteadythermalfieldandthesteadydeformationfield．Thethermalerrorofmotorizedspindle

5、underrandomrotatingspeedcouldbedescribedbyanatureexponentialmode1．However，itwasnecessarytogettwoparameters：thethermalbalancetimeandthesteadythermalerrorunderrandomrotatingspeed，SOthecalculatingmethodofthetwoparameterswasprovidedhere．Anexperimentwasconductedonamachiningcentertomeasurethe

6、motorizedspindle’sthermalerrorunderrandomro．taringspeed．Theresuhshowsthatoftheexponentialmodelisperfectlygoodinboththeaccuracyandtherobustness．Keywords：Motorizedspindle；FEA；Thermalerror；Natureexponentialmodel0前言分：一是内装式电动机的损耗发热；二是轴承的摩随着现代制造业的不断发展，高速加工技术和高擦发热；三是切削工件产生的热。因为在高速加工速数控机床的发展越来越

7、受到重视。作为高速数控机过程中，95％的切削热被切屑和冷却液带走，故这床的核心，电主轴的性能直接决定了整个机床的加工一部分热源对电主轴的热变形影响不是很大而可以精度和加工产品的质量。电主轴在加工过程中，电机忽略。789l一主轴损耗和轴承摩擦发热会使电主轴产生较大变形，从而前轴承组直接影响零件的加工精度。因此，对电主轴的热特性中轴承组冷却液进口及其热误差建模的研究具有重要的现实意义。电机定子1电主轴温度场分析电机转子电机定子1．1热源计算冷却套冷却液出口文中的研究对象是一台加工中心上所用的电主后轴承组轴，如图1所示。电主轴的最高转速为21000r／mi