高速CNC加工中心的电主轴热误差与建模
伯特利数控 加工中心 钻攻中心
前言：
2电主轴单元的热态特性
对于电主轴热态特性的研究，我们有一种思路,第一步要找出主要的热源，第二步要分析出各个热源传热的机制，后_步就是要确定温度场。当前，比较经常用的高速度运转电主轴的结构有后置式和中置式两种形式。将后置式结构形式的电主轴同中置式结构形式的电主轴相比较,有效改善了后置式轴承的工作环境，电机转子对轴承的温度影响很小,并且后置式的结构相对紧密，降低了加工的难度，缩短了后置式主轴的轴向长度，更容易接近主轴的制造精度，它的动平衡也更加容易保证。高速的电主轴运转过程中的热源，大部分是来自日照辐射、环境温度的改变等的外部热源以及来自切削热、轴承之间的摩擦、电机功率的损耗的内部热源。通过对环境恒定温度的控制，可以减少外部热源，切削热对主轴的影响很小，可以忽略它。我们主要分析一下轴承之间的摩擦和电机功率的损耗而产生的热损耗。内外的套圈在作相对的旋转运动时,轴承中内部的元件产生的总阻抗称为轴承的摩擦，分为五种：纯滚动的摩擦、微观的滑动摩擦、宏观的滑动摩擦、密封装置产生的滑动摩擦、润滑剂产生的粘性阻力。现在分析一下电主轴单元的方式、途径和传热机制。温度和载荷影响轴承的转动，所以很难准确地计算电主轴传递给轴承的热能量，离心力和陀螺力矩也会造成影响，所以也很难准确地计算轴承内部的热能置。轴承在转动过程中，滚珠在接触到轴承的内外圈和摆脱这种接触时分别是两种状态，造成了温度场的波动，热量通过对流、导热和热辐射的三种方法传递。因为高速的电主轴可以看做一种轴对称的结构，所以在建模时可以只要对轴对称结构的一半进行建模，建模过程中，简化比较微小的零部件，等效地处理不容易被分析的零部件，对于有很重要影响的部件都按严格的标准进行尺寸的设计，这样更容易分析并且计算出电主轴的热态性能。刚开始详尽地分析了高速度的电主轴的结构类型，然后定量地分析了电主轴系统的主要的热源，轴承之间产生的摩擦生热以及电机的损耗发热,全面确定了电主轴传热的边界要求，了解电主轴每个构件之间的热传导系数，之后对于电主轴的温度场进行理论方面的指导，分析稳态和瞬态的特性，通过实验进行验证，对比轴承的仿真值和实际值，表明如果电主轴的热边界要求选择得怡当，那么温度场的仿真值也是非常靠谱的。
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