CKH1463精密数控车削中心电主轴热特性分析

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数控车床主轴热特性测试分析

开发研究数控车床主轴热特性测试分析王莹（辽宁装备制造职业技术学院，辽宁沈阳110161）摘要：数控车床中，电液控制是自动化系统的重要组成部分。

但是，其阀芯生产对加工工艺要求严格。

数控机床加工是阀芯加工重要步骤，对其进行完善优化，可有效提高实际加工精度。

数控车床车削中，主轴旋转速度较快，和轴承摩擦后产热，持续一段时间其主轴热量大量上升，导致车床加工中可能产生位移偏差，影响加工质量。

因此，文章提出数控车床主轴热特性测试分析，以某经济数据车床为例，提出以米较激光三角测量仪及FLIR红外热像仪对主轴系统进行精度测试，最终得到结论，由于前后轴承位置温度变化不同，其主轴箱前后温度变化速度不同，热变形存在差异,会出现误差。

关键词:数控车床;主轴系统;热特性;测试在实际的数控中，一如原始误差、控制系等，都会导致量下降⑴。

其中，以主轴系特性精度影响最大，下Z CAK3675经济数控车床为例进行热特性测试分析。

1热特性理论产生机理:车床热误差会导致刀具及工件位置偏移，降低精度2。

若车床主轴高，热量传导、、辐射方式传递，这量变化都会导致主轴升温的，其升温速度并全相同，就会导致部部件热变形变化严重*主轴的前后端轴承热变化,变化，都会导致主轴发生偏移变化，进而发生径向弯曲3*2测试实验2.1实验工况冷态数控车床进行实验,为确保实验数据准确,12h前就静，停止使用，为实验准确性提持*具体测试中,测量温度上升，以专业的FLIR热成像仪将变化展示出来，测试得到的数控车床主轴轴承及不同热源的实际温度，了解其温升变化*CAK3675车床主轴转速可达3000-4000r/min，为确保车床高速运行安全，对各个时间更好比对，温升实验中，仅以2000r/min转速实验，实验持续3h,环境初始温度为4C*2.2主轴系统温升结果主轴系统温升如图（所示，其最高温度达到219C，最低温度为56C*测试结果表示，主轴以2000r/min持续运转3h后，发现温度发生变化并显，主轴实际运定,加工精度有所保障*但是，主轴前轴承端最近实验点-SP14在3h 持续作中温度达到最高,温度为21.398°C*作者简介：王莹（1978-,女，满族，辽宁抚顺人，硕士，副高，研究方向：机电一体化。

数控机床主轴热特性分析

ＪｉａｎｇＳｈａｎ，ＺｈａｏＺｈｉｇａｎｇ，ＳｕｎＭｉｎｇｌｕ，ＧｕｏＪｉａｎｈｕｉ，ＹｕＨｏｎｇ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ；
２．ＳｐａｒｋＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，Ｔｉａｎｓｈｕｉ７４１０２４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｍａｌｅｒｒｏｒｏｆａｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓｐｉｎｄｌｅｉｓｔｈｅｋｅｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｒｍａｌｅｒｒｏｒｉｎｔｏｔａｌｃｏｍｐｕｔｅｒｎｕｍｅｒｉｃａｌ
第４６卷第９期
２０１３年９月
Ｄ０Ｉ１０．１１７８４／ｔｄｘｂ２０１３０９１５
天津大学学报（自然科学与工程技术版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）
ｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎａｌｔｒｅｓｅａｒｃｈｗｅｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙｔｏｃｏｎｉｒｆｍｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅａｎｄｖａｉａｒｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｅａｔｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｉｓｔｈａｔｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｈｅｍａｒｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｔｅｍｐｅｒａ — ｔｕｒｅｒｉｓｉｎｇｗｉｌｌｇｒａｄｕａｌｌｙｒｅａｃｈａｎｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｓｔａｔｅ，ｂｕｔｔｈｅｅｑｕｉｌｉｂｉｒｕｍｓｔａｔｅｉｓｎｏｔａｂｓｏｌｕｔｅｌｙｓｔｅａｄｙ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｈｅａｔ

机床主轴系统的热特性分析

机床主轴系统的热特性分析机床受到车间环境温度的变化、电动机发热和机械运动摩擦发热、切削热以及冷却介质的影响，造成机床各部的温升不均匀，导致机床形态精度及加工精度的变化。

温升对机床正常工作和加工精度的主要影响是：（1）温升使各部分零件温度随时间变化，使机床丧失已有的调整精度，从而影响被加工工件的尺寸，同时，温升也使轴承间隙发生变化，进而影晌加工精度。

（2）温升使温度分布不均匀，造成各零件或零件各部分之间的相互位置关系发生变化，从而造成零件的位移或扭曲。

实践证明，机床受热后的变形是影响加工精度的重要原因。

要提高机床的精度和热性能，必须在设计阶段，从提高机床的热特性、热刚度入手，实现机床的主动热控，从根本上提高机床的热性能。

机床热特性分析技术是实现机床热设计的基础。

随着计算机技术的发展，有限元仿真分析成为机床热设计的重要手段，它具有边界适应性好、计算准确度高等优点。

下面以机床主轴系统的热特性有限元分析为例，了解有限元分析在机床热特性分析中的应用。

机床主轴系统的热特性分析在机床动态设计中占据重要地位，主轴系统的热态性能直接影响机床的加工精度。

通过有限元分析结果，在加工前对机床进行优化设计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。

建立电主轴系统热特性数学模型采用solidworks软件进行三维实体建模，导入MSC.MARC大型非线性有限元软件进行分析。

实体模型对模型进行适当简化，然后导入MSC.MARC进行网格划分、分析计算。

定义材料属性仿真工况：高速机床以8000r/min转速，连续空转3小时。

仿真结果：主轴系统的稳态热特性分析主轴系统的瞬态热分析主轴热变形后，不同时刻主轴轴线沿x向和y向的偏移量有限元热特性分析的关键所在是建立精确的模型。

建立有限元模型包括3个重要内容，即妥善的网格划分、恰当的单元选择和边界条件的正确施加。

在机床设计阶段，采用有限元分析方法设计方案进行虚拟评价，如果结果不理想，则直接对设计参数进行修改，最终达到设计目标。

高速加工中心电主轴热态特性研究

ｐｒｐｒｉｓｏｈｔｒｚｄｓｎｅ．ｏｅｔｅｆｔｅｍｏｏｉｅｐｉｄｌＫｅｏｄｓＭｏｔｒｚｄｎｄｌＴｅｐｅａｕｅＰｒｙＷｒ：ｏｉｅＳｐｉｅｍｒｔｒｏｐｅｔｅＨｅ－ｇｎｅａｏＭｅｈａｎｓｒｓｉａｔｅｒｔｎｃｉｉｍＨｅｔＴｒｎｓｅｒＭｅｈａｎｉｍａａｆｃｓ
［］王铁山，波．车摩擦材料测试技术［．春：林科１曲汽Ｍ］长吉
学技术出版社。０．２５０
和 △ ，的要求，且飞轮数量比较合适。而
４讨论与结论
限于笔者知识的局限，没能对飞轮进行断裂力学
构强度满足要求。
２）飞轮爆裂的临界转速为２５０ｒｍｉ。０／ｎ
【］郭振字，敏．于差异演化算法的高速储能飞轮形状优５叶基
化设计［］Ｊ．吉林大学学报（工学版）２０，８１：０８．，０８３（）８ — ３
度和价格能量密度。但优化为工字型飞轮会增加飞轮的轴向尺寸，而加大台架长度方向的尺寸。用车间从占
空间会加大。
现采用等差等比综合法确定飞轮惯量：等比级差
Ａ／－ｇ・２Ｉ＝ｇ・￣ｏｋｍ２１＝０ｋｇ・２／＝２－ｋｍ１５ｋｍ２Ｉ＝１ｇ・３２２ｍ￣４０

高速电主轴热态性能分析

作为辅助支承。电机转子和主轴之间采用过盈配合来传递大扭矩。电机定子采用油一水循环热交换系统进行冷却。
之后使制造技术产生第二次革命性飞跃的一项高
新技术。实现高速加工的关键是要有高速机床，
电机的损耗一般分为４类：机械损耗、电损耗、磁损耗和附加损耗。前三类损耗通常称为主要损
耗。附加损耗在总的损耗中所占的比例很小，约
为额定功率的１～５％。
２２轴承的发热．
０引言
以高速度、高精度、大进给为主要特征的高
速加工是当代先进制造技术之一，是继数控技术
定扭矩为６Ｎ４ｍ。该主轴前端采用两套 “ 背靠背 ”
式的角接触轴承，在主轴后端采用一深沟球轴承
第３卷第１３期
２１－（）［４］０１１上１１
Ｍ
＝
Ｍ
Ｍ
『Ｉ
Ｏ
３４电主轴前、后密封环的对流换热系数．电主轴前、后密封环气隙中有轴向流动的气
体，热交换的情况比较复杂。由于气隙很小（为约
．
４
＝— ＝＿：一
Ｈ
（）Ｊ；为决定轴承摩擦力矩ｅ的计算载荷。＋
＝
，
厂、，。

精密数控车床电主轴-轴承-转子系统动态性能计算分析

Ｋ＝７２６ｃｓ（ｆＪ）（／ｍ）ｒ１．３ｘｏ２＿Ｊ％Ｎ￣７ａｚ
ｓｎａｌ
２轴承的简化模型
完全实现系统动态性能的精确模拟，复杂程度以及成本是难
于承受的。因此对特定的部位或支撑做一定的简化处理，通常采用
弹簧和阻尼器模拟弹『支撑。如图２生所示，考蒯翮崾的各向异胜
７１，０２组合承，
型号为７１，００组合方式为背对背组合。
图２考虑各向异性轴承刚度改型的Ｊｆｏｔｅｆｔ模型ｃ
３电主轴一轴承一转子系统刚度计算
轴承的刚度与阻尼与结构、润滑、载荷以及振动等因素紧密相关，通常采用实验的方法测量、或者针对特定厂商特定型号轴承采用实验与经验公式结合的方法得到相应的表格供参考使用。本文参考文献［采用简化的经验公式确定轴承的刚度与阻尼。３１，在预紧力Ｆ作用下，ａ角接触球轴承的径向刚度Ｋ与轴向刚度Ｋ可以用下述简化公式计算：。
÷ 供理论及有限元基础。 ÷
：
÷
关词：主轴；态；度；限键电模刚有元
；
【ｂｔｃ】ｈｏｒｅｉｌｂａｎ－ｏｒｏｅｏＳ一２ｒｉｏＣｌｈｆｕｄｄＣｌＡｓａｔＴｅｔｉｄｐｎｅｅｒｇｒｏｍｄｌＨ３ｐｅｓｎＮｔｉｏｎｅ，ａｒｍｏｚｓｄ — ｉｔｆｃｉａｅｓ一；
第３期２１００年３月
文章编号：０１３９（０００ — １３０１０ —９７２１）３０７ — ３
机械设计与制造

高速电主轴热态特性分析及温度预测研究

高速电主轴热态特性分析及温度预测研究高速电主轴热态特性分析及温度预测研究摘要：电主轴作为高速加工中最重要的工具之一，其热态特性对加工质量和工具寿命有着重要影响。

本研究旨在分析高速电主轴的热态特性，并通过建立数学模型来预测其温度变化，从而提供优化加工参数和冷却系统设计的理论依据。

实验结果表明，在不同工况下，高速电主轴的温度分布存在明显差异，且会随着电主轴的运转时间和负载的变化而发生改变。

1. 引言高速电主轴在现代生产中起着至关重要的作用，广泛应用于数控机床、电子制造和精密加工等领域。

电主轴的热态特性对加工质量和工具寿命有着重要影响。

因此，深入研究电主轴的热态特性，对于优化加工参数和提高加工质量具有重要意义。

2. 高速电主轴的热态特性分析2.1 实验装置为了分析高速电主轴的热态特性，我们搭建了实验装置。

该装置由电主轴、电机、冷却系统和温度传感器等组成。

实验时，我们对不同工况下的电主轴进行测试。

2.2 温度变化规律通过实验数据的分析，我们发现高速电主轴的温度存在以下规律：(1) 温度分布不均匀：电主轴的温度分布在不同部位存在明显差异。

通常来说，电主轴的轴承处温度较高，而电机部分温度较低。

(2) 运转时间对温度有影响：随着电主轴的运转时间的增加，其温度呈现出明显的升高趋势。

这是由于摩擦产生的热量在电主轴内积累导致的。

(3) 负载对温度有影响：增加电主轴的负载会导致其温度上升。

这是因为负载的增加会带来更大的摩擦力，从而产生更多的热量。

3. 高速电主轴温度预测模型建立为了准确预测高速电主轴的温度变化，我们建立了数学模型。

该模型基于热传导理论和质量守恒定律，并结合实验数据进行参数拟合。

通过该模型，我们可以预测不同运转时间和负载下电主轴的温度。

4. 实验验证和讨论我们对建立的温度预测模型进行了实验验证。

实验结果表明，该模型能够准确预测电主轴的温度变化。

同时，我们还对模型中的参数进行了敏感性分析，结果表明模型对于不同参数的变化具有一定的稳定性。

高速磨削电主轴温升及动力学特性研究的开题报告

高速磨削电主轴温升及动力学特性研究的开题报告一、选题背景与意义高速磨削已成为现代制造业中不可或缺的工艺之一，其要求高精度、高效率、高质量。

但高速磨削加工过程中，由于磨粒对工件的高速冲击和摩擦，会产生大量的热量，导致电主轴的温升，从而影响了磨削加工的质量和效率。

因此，研究高速磨削电主轴的温升及动力学特性，对于提高高速磨削加工质量和效率具有重要意义。

二、研究内容和目标本研究的主要内容是对高速磨削电主轴的温升及动力学特性进行研究。

其中，温升方面需要测量电主轴在不同加工条件下的温度变化，建立电主轴温度模型，并通过模型分析出影响电主轴温度的因素；动力学特性方面需要对电主轴的转速、转矩、功率等进行测试分析，建立电主轴动力学模型。

通过研究电主轴的温升和动力学特性，探究其对高速磨削加工的影响，并提出优化措施，以提高高速磨削加工的效率和质量。

三、研究方法本研究采用试验研究和数值模拟相结合的方法进行。

通过对高速磨削电主轴的加工参数进行改变，如进给速度、切削深度、切削速度等，测量电主轴的温度变化，并建立温度模型。

同时，对电主轴的动力学特性进行测试，建立电主轴动力学模型。

通过数值模拟的方法，对电主轴在不同加工条件下的温度变化进行模拟，并对比试验结果，验证模型的准确性和可靠性。

四、研究进度计划第一年：1.研究高速磨削电主轴的温升特性，建立电主轴温度模型；2.测试电主轴的转速、转矩、功率特性，建立电主轴动力学模型。

第二年：1.开展不同加工条件下的试验研究，测量电主轴的温度和动力学特性；2.对试验结果进行分析，建立电主轴温度和动力学特性的数学模型。

第三年：1.对不同加工条件下的温度和动力学特性进行数值模拟，验证模型的精度和可靠性；2.提出优化措施，以提高高速磨削加工的效率和质量。

五、结语本研究旨在探究高速磨削电主轴的温升及动力学特性，为提高高速磨削加工质量和效率提供理论依据和实践指导。

通过试验研究和数值模拟相结合的方法，建立电主轴的温度和动力学模型，为优化高速磨削加工过程提供可靠的理论基础。

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ＴｈｅｒｍａｌＣｈａｒａｅｔｅｒｉｓｔｉＣＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｔｈｅＭｏｔｏｒｉｚｅｄＳｐｉｎｄｌｅｉｎＣＫＨ１４６３ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＣＮＣＴｕｒｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒ
ｉｓｔｉｃａｎｌｙａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｍａｄｅ，ａｎｄｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍ＇ｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｍａｒｌｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｗｅｒｅｇｏｔｔｅｎ．Ｉｔ
ｐｒｏｖｉｄｅｓｂａｓｉｓｏｒｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｔｈｅｍａｒｌｃｈａｒａｃｔｅｉｒｓｔｉｃａｎｄｄｏｉｎｇｒｅｌａｔｅｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｆｏｒｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅＣＮＣｍａｃｈｉｎｅ
ｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ．Ｔａｋｉｂｇｈｉｇｈ・ｓｐｅｅｄｍｏｔｏｉｒｚｅｄｓｐｉｎｄｌｅｏｆｐｒｅｃｉｓｉｏｎＣＮＣｔｕｒｎｉｎｇｃｅｎｔｅｒａｓｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｂｏｕｎｄａｒｙ
Ｚ０ＵＬｉｙｕｎ．ＱＩＵＸｉａｏｌｉ．ＺＨＡ０Ｙｉｓｈｕｎ
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＮａｎｊｉｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１１１８９，Ｃｈｉｎａ；２．ＮａｎｊｉｎｇＣＮＣＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＮａｎｊｉｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１１１００，Ｃｈｉｎａ）
场及其热变形分布，从而为改善数控车床的主轴系统热特性和进行相关优化提供依据。
关键词：电主轴；有限元分析；温度场；热变形中图分类号：ＴＧ５０２．１５文献标识码：Ａ文章编号：１００１— ３８８１（２０１３）１３— ０２０— ６
ｔｏｏ１．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍｏｔｏｉｒｚｅｄｓｐｉｎｄｌｅ；Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ；Ｔｈｅｒｍａｌｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ
２０１３年７月
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ｊｕ１．２０１３
Ｖｏ１．４１Ｎｏ．１３
第４１卷第１３期
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１３．１３．０控车削中心电主轴热特性分析
邹里云，仇晓黎，赵义顺
（１．东南大学机械工程学院，江苏南京２１１１８９；２．南京数控机床有限公司，江苏南京２１１１００）
摘要：数控机床电主轴的热特性成为影响机床精度主要因素之一。以精密数控车削中心的高速电主轴为研究对象，计算了电主轴的热边界条件，借助有限元分析软件ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ对主轴系统进行了热特性分析，得出电主轴系统的温度
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｉｒｃａｌｓｐｉｎｄｌｅｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．ＵｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｈｒａａｃｔｅｒ－
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒｉｚｅｄｓｐｉｎｄｌｅｉｎＣＮＣｌａｔｈｂｅｃｏｍｅｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓａｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎ