150MD24Y20高速电主轴热特性分析

目的分析电主轴热变形产生及分布,为研究电主轴热误差,提高主轴加工精度提供理论依据.方法基于电主轴稳态温度场分布,采用ANSYS顺序耦合理论,分析高速电主轴热变形分布情况.通过电主轴测试系统建立热变形实验,测量高速电主轴工作端热变形,验证有限元仿真结果.结果仿真结果表明:随着电主轴速度增高,主轴热变形和温升也越来越大.电主轴在热稳态下,沿着轴向伸长而径向弯曲变形.结论当主轴材料一定,热变形与速度几乎呈线性关系,同时,主轴温升越大,热变形越大.此结论为有效控制主轴热变形,减小热误差及提高主轴稳定性提供理论基础.     

基于PLS的高速电主轴热变形建模与分析

目的提出偏最小二乘方法(Partial Least Squares,PLS),对不同工况下的电主轴热变形进行预测,并分析多个温度变量和三维热变形的相关关系.方法以型号为150MD24Z7.5的电主轴为研究对象,采用精密传感器测量稳态条件下电主轴的热变形和温升数据,根据PLS模型内部分析机理,利用提取的主成分对变量的解释能力、精度及变量整体相关关系进行分析.结果分析结果验证了自变量温升之间存在多重相关性,采用PLS方法建模有益于模型精度的提高,模型提取的主成分能够反应原始变量的大多数信息,自变量温升和因变量热变形之间存在明显的线性相关关系,PLS模型的预测精度优于多元回归模型.结论电主轴热变形的PLS模型预测精度较高,适用于实际加工工况,对热误差的补偿具有补充意义.     

100MD60Y4高速电主轴热特性影响因素实验

目的研究油气润滑系统及转速各参数对高速电主轴温度与热变形的影响,为提高数控机床加工精度提供理论依据.方法采用单一因素实验法,基于恒温水冷控制系统和油气润滑系统实验平台进行电主轴热变形实验;实验分析进气压力、供油时间间隔、单次供油量及转速四个参数对电主轴各位置温度及轴头位置热变形的影响.结果适当的进气压力及润滑油量可以使主轴各部分温升与轴头位置热变形量相对较小,转速对于电主轴的温升及热变形影响较为显著,且转轴Z方向(轴向)热变形量最大,转速为16 000 r/min时,变形量可达到83.562μm.结论电主轴油气润滑系统中的进气压力、供油时间间隔、单次供油量以及转速对电主轴各位置温度及转轴X、Y、Z三个方向热变形量均有影响.     

一种新型轴芯冷却电主轴的热特性分析

为了进一步改善高速精密机床电主轴的热特性,提出了一种新型轴芯冷却结构,在电主轴轴芯均布多个U形冷却单元,通入冷却介质,可对轴芯和轴承进行高效冷却;建立了电主轴热-结构耦合分析模型,并基于模型研究了该冷却结构对电主轴热特性的影响。结果表明:该轴芯冷却结构能有效控制电主轴系统的温升,与无轴芯冷却的电主轴相比,电主轴总热变形减小了50.2%,系统热平衡时间缩短了50%,从而进一步提高了加工精度和效率;通过调节冷却介质的参数,电主轴在不同转速下的轴向热变形的变化量可控制在2μm以内。     

基于损耗实验的电主轴温度场分析

目的分析高速电主轴温度场分布情况,为研究高速电主轴温升、热变形预测提供理论依据.方法建立高速电主轴1/4三维有限元模型,基于损耗实验计算主轴电机及轴承生热率前提下分析高速电主轴温升分布情况.通过电主轴测试系统建立温升实验,测量高速电主轴外壳不同部位温升验证有限元仿真结论.结果仿真结果表明:高速电主轴稳态温度场中转子处温度最高,温度为84.4℃;高速主轴壳体最高温升出现在电主轴轴头处,温升为23℃,与实验结果相比误差为8.6%.结论通过分析温升仿真和实验得到高速主轴外壳不同部位温升不同,外壳温度变化是一个非线性变化过程,前2000s温度快速升高,2000s后温度逐步稳定.此结论为有效控制高速主轴温升,减小主轴变形及提高主轴精度提供理论基础.     

数控机床电主轴热误差的预测方法

为了减少电主轴的热误差,提高数控机床的加工精度,对于时变速度的主轴运转,分别采用多元自回归方法和遗传径向基函数神经网络方法建立电主轴热误差预测模型.根据2种模型对电主轴热变形产生机理的不同表述形式,比较二者的计算效率和拟合精度.研究表明:在相同温升变量的条件下,二者的收敛速度和运算时间相差无几;在预测精度方面2种建模方...     

高速木工机械电主轴热态特性分析

介绍了高速木工机械电主轴的特点,分析了高速木工机械电主轴单元的热变形机理.建立了某型高速木工机械电主轴热态特性有限元分析模型,利用ANSYS进行了稳态温度场分析,并利用分布加载瞬态热分析模拟了机床的实际工作情况,得到了电主轴的温度场分布情况,为有效控制电主轴的温升提供了理论依据.在分析结果的基础上,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.     

多参量耦合的电主轴热特性建模及分析

为了深入研究电主轴热特性,通过分析轴承非线性力学特性与热效应间的耦合作用机制,建立了综合考虑热诱导预紧力和黏温效应的轴承动态生热计算模型;在引入接触热阻的基础上,基于系统内部多参量耦合关系,建立了电主轴热-结构耦合计算方法。以某型号电主轴为试验平台,进行了温升及热变形试验,利用试验数据对所建模型和分析方法进行了验证。最后,采用所建模型,对电主轴进行了热特性分析,结果表明:不同工况下电主轴仿真结果与试验数据吻合度良好,所建模型和分析方法进一步提高了仿真计算精度;电主轴温度场分布表现为外冷内热;轴芯热积聚导致的电主轴轴向热伸长是影响加工精度的主要因素;受到配合方式和装配位置的影响,轴承在温升过程中预紧力不断减小。     

轴芯冷却电主轴热特性分析的数值模拟与实验研究

为了改善高速高精密机床电主轴"外冷内热"的现状,基于电主轴热薄弱点分析,提出了一种轴芯冷却结构及系统;进行了轴芯冷却电主轴热特性实验,并结合热特性有限元数值计算模型研究了转速、负载和冷却油流量对电主轴热特性的影响。实验结果表明:该轴芯冷却结构和系统可显著减小不同转速和负载下电主轴系统内部各部件的温升;与没有轴芯冷却的常规电主轴相比,在轴芯冷却油流量为2.5L/min时,轴芯和轴承测点温升均减小了50%左右,轴芯轴向热变形减小了50.8%,系统热平衡时间减小了66.7%,从而提高了机床电主轴的加工精度和加工效率;轴芯冷却油流量从1.5L/min增大到2.5L/min时,系统热平衡时间减少。     

永磁同步电机电主轴热-结构耦合计算方法

为了深入研究永磁同步电机电主轴热特性,综合考虑轴承热诱导预紧力及润滑油黏温效应等因素,并基于系统内部多参量耦合作用关系,建立永磁同步电机电主轴热-结构耦合计算方法.以某型号永磁同步电机电主轴为研究对象,进行了温升及热变形测量,试验结果与仿真计算对比表明所建立的计算方法具有足够的精度.采用该计算方法分析了永磁同步电机电主轴热特性,结果表明:电主轴转子温升较低,前后轴承受配合方式、装配位置及热诱导预紧力等因素影响,使轴芯沿轴向存在13℃左右的温差,导致电主轴轴向热伸长成为影响加工精度的主要原因.     

高速电主轴热态特性的ANSYS仿真分析

分析高速电主轴的发热和散热特性,建立高速电主轴热态分析有限元模型.运用 ANSYS有限元软件,分析热稳定状态下电主轴的温度场分布以及冷却润滑系统对电主轴温升的影响.分析结果表明,提高电主轴现有冷却润滑系统的冷却效率可有效控制轴承的温升,但对转子轴的温升影响很小,要有效控制转子轴的温升和提高电主轴的精度和寿命,必须研究转子轴的冷却途径和方法.同时,仿真分析转速对电主轴温升的影响,揭示电主轴温度场分布的非线性特征,为电主轴温升的在线监测和控制提供理论依据.     

基于热流网络法的电主轴支撑系统热特性研究

以ADGM15数控车床电主轴为研究对象,基于热流网络法的思想,建立电主轴前端主轴、轴承和轴承座为一体的支撑系统热传递模型。计算和分析了不同工作转速和载荷下的支撑系统温度场分布情况。研究结果表明:速度对支撑系统温升及温度分布影响最大,轴向载荷和径向载荷对支撑系统温升及温度分布影响相同,温度最高点位于轴承的球和内滚道接触区域上。仿真结果和计算结果的误差小于4.5%,这说明所建立的温度节点模型是可靠的,可为下一步计算和分析电主轴热变形提供依据。     

数控机床电主轴热敏感特性分析及试验研究

建立了数控机床电主轴的热动力学模型,基于热动力学理论对电主轴系统的热源分布及温度场的传热特性进行分析.采用互相关和互信息量算法研究了数控机床电主轴系统的热敏感特性,分析了温度场对热变形的影响规律及耦合特性,结果表明电主轴系统存在热敏感区域并具有热漂移特性.通过在热敏感区域内筛选温度敏感点从而建立热误差预测模型,实现了对电主轴轴向和径向热变形建模和预测.以YK73200数控齿轮磨床为试验平台开展了电主轴系统的热敏感特性试验.通过对磨床电主轴系统热变形预测值与实测值进行分析和对比,验证了电主轴系统热敏感区域温度与相应热漂移之间的内在关系模型,试验结果为开展精密数控机床热误差补偿技术研究提供理论指导和实验基础.     

电主轴轴心冷却用环路热虹吸管的传热特性

为了加强电主轴轴心冷却、减小电主轴的热变形,以150SD型磨削电主轴转子为对象,采用单环路热虹吸管来冷却主轴轴心,利用环路热虹吸管无需外部动力及传热效率极高的特征,从原理上避免了"动密封"问题对电主轴轴心冷却的困扰。对高离心力作用下单环路热虹吸管内传热工质的流动及传热状态进行了理论分析;以正戊烷为工质,对适用于该主轴轴心冷却尺寸的环路热虹吸管的传热特性进行了实验研究,并对其应用于电主轴轴心冷却的实际效果进行了预测。结果显示:在文中的实验工况下,单环路热虹吸管的运行温度稳定,其传热性能在充液率为60%左右时达到最佳,热阻仅为0.57℃/W;当采用4根单环路热虹吸管冷却结构时,150SD型磨削电主轴转子的最大温升为28.5℃,且这一温升数值随着转速的增加而继续减小,表明单环路热虹吸管在电主轴轴心冷却方面具有良好的应用效果。     

基于组合模型的电主轴热误差预测

针对数控机床电主轴复杂的热变形机理,建立了基于径向基函数神经网络的组合预测模型预测其变化趋势.根据测量的电主轴热变形数据,分别采用自回归分析模型、灰色系统模型和智能组合预测模型对主轴热误差进行了预测.结果表明:电主轴热误差组合预测模型的预测准确性优于各单项模型,相对预测精度高出较高单项预测模型3％.     

两种工况下电主轴热误差的组合预测模型

为了有效地提高数控机床电主轴热变形模型的预测精度,在2种典型工况下,根据电主轴结构热变形的产生机理,提出了一种基于模糊逻辑的组合预测模型.该模型综合了由自回归分析理论和灰色系统预测理论所建立的热误差模型,采用模糊逻辑选取权值,使各单项预测模型能够扬长避短,从而增强了组合预测模型的泛化能力.通过对电主轴热变形工况下的实验结果与计算结果的比较表明,在单项预测模型中的工况1下,灰色系统预测模型的相对误差较小(6.9%),在工况2下,自回归预测模型的相对误差较小(12.1%),而组合预测模型在2种工况下的相对误差分别为2.2%和8.9%.因此,组合预测模型具有较高的精度和较强的鲁棒性.     

高速电主轴单元温度测点优化新方法

针对电主轴热变形建模技术中温度测点的分布和数量问题,提出优化热关键点的新方法.根据测得的温度和热变形数据序列,该方法采用模糊聚类法将测温点进行分组,建立灰色关联分析模型综合分析和评价电主轴温度场分布中各测点对主轴热变形的影响程度并将其排序,最后采用修正可决系数进行优化选择.通过与已有文献结论的比较,说明该方法的可行性和有效性.该方法减小了温度变量和建模所需的时间,也为工程经验提供了理论支撑.     

高速电主轴定转子的气隙变化及影响因素

气隙是电主轴重要的结构参数,不仅直接影响定转子间磁密度分布,而且对定转子之间的对流换热和电主轴温升也有着重要的影响.基于弹性力学理论,分析离心力和热膨胀引起的电主轴定转子径向位移以及由此引起的电主轴定转子气隙变化,对IBAG HF170.4A 20型高速电主轴进行实际计算.结果表明:温升是造成气隙变化的主要因素,而离心力的影响较小;降低转子温升能有效控制气隙变化;电主轴在运行过程中气隙变化量较大,因此为使电主轴设计和计算预测更加合理、更加接近实际,必须考虑电主轴气隙变化的影响.     

高速磨床电主轴热刚度耦合模型的分析与优化

提出了基于Timoshenko梁理论的主轴刚度与热的耦合模型,基于有限元方法,通过研究电主轴主要结构参数与润滑方式对主轴刚度和前轴承温升的影响,模拟了主轴的刚度与热性能,给出了高速电主轴系统优化方案.研究结果表明,选用油气润滑方式,当滚珠直径为10.25mm、主轴直径为100mm时,优化后前轴承的温升从优化前的26.2℃降低至22.0℃,相应地,主轴刚度从195N/μm增加至220N/μm.     

高速电主轴在线温升及轴向热伸长测试系统的设计

摘要：文章针对高速电主轴的热源及热误差问题进行了研究。阐述了基于多通道数据采集卡与虚拟仪器技术的高速电主轴在线温升及轴向热伸长测试系统的整体设计方法,测试系统硬件由多功能数据采集卡和高精度位移、温度传感器组成,并在LABVIEW平台上以图形化方式编写测试系统配套软件,实现了对信号的实时采集、存储与回放,并对数据进行处理和分析。实验结果表明,该测试系统运行稳定、可靠,达到了预期的效果。