高速銑削電主軸熱特性分析及熱誤差補(bǔ)償方法研究.pdf

1、隨著數(shù)控機(jī)床對(duì)加工精度和加工效率的要求越來(lái)越高，電主軸的應(yīng)用越來(lái)越普遍。由于電主軸熱變形對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工精度具有較大的影響，因而研究電主軸由熱產(chǎn)生的熱變形及如何補(bǔ)償熱誤差對(duì)數(shù)控機(jī)床精度提高具有重大意義。本文圍繞高速銑削電主軸的熱態(tài)特性及熱誤差預(yù)測(cè)模型展開(kāi)分析及研究，主要完成了以下工作:
　　(1)以高速銑削電主軸為研究對(duì)象，詳細(xì)分析了電主軸的結(jié)構(gòu)及主要熱源。根據(jù)傳熱學(xué)理論，深入研究了電主軸的傳熱特點(diǎn)。根據(jù)其熱源及傳熱方式及特點(diǎn)，詳

2、細(xì)計(jì)算了電主軸熱源的生熱率和對(duì)流等邊界條件。特別對(duì)電主軸單元主要的生熱與傳熱元件——主軸軸承的傳熱機(jī)理進(jìn)行了深入研究，根據(jù)能量守恒理論，利用離散熱節(jié)點(diǎn)的方法，建立了熱阻網(wǎng)絡(luò)，利用熱節(jié)點(diǎn)微分方程確定了主軸軸承接觸熱阻等主要的傳熱參數(shù)。
　　(2)建立了主軸軸承接觸區(qū)熱阻的電主軸熱態(tài)分析模型，運(yùn)用有限元法對(duì)電主軸單元溫度場(chǎng)及熱變形規(guī)律作了深入研究。研究了轉(zhuǎn)速對(duì)電主軸單元溫度的影響，探討了電主軸熱位移的變化規(guī)律，及主軸前端的熱變形及其對(duì)

3、加工精度的影響。提出了通過(guò)改善主軸軸承的潤(rùn)滑方式，減少電主軸單元的熱變形影響的方法。
　　(3)搭建了電主軸試驗(yàn)平臺(tái)，提出利用電主軸溫度場(chǎng)分布規(guī)律布置溫度傳感器的試驗(yàn)方法。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用多元線性回歸的方法建立熱誤差補(bǔ)償模型，并對(duì)比分析了二元一次線性回歸與二元二次線性回歸熱誤差補(bǔ)償模型的預(yù)測(cè)精度及穩(wěn)定性。同時(shí)，提出了利用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立熱誤差補(bǔ)償模型，對(duì)徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的精度進(jìn)行了評(píng)定，并與多元線性回歸熱誤差補(bǔ)償模型進(jìn)行比較

4、。
　　通過(guò)研究得到以下結(jié)論:
　　(1)轉(zhuǎn)速對(duì)軸承溫度場(chǎng)有較大影響，溫度隨轉(zhuǎn)速升高而增大，轉(zhuǎn)速升至6000r/min后溫度幅值上升較大，且軸承中的熱梯度受到接觸區(qū)熱阻的影響，隨著轉(zhuǎn)速的升高軸承內(nèi)部溫差增大。
　　(2)冷卻系統(tǒng)對(duì)電機(jī)定子有明顯的降溫和均化電主軸溫度場(chǎng)的作用;在中低轉(zhuǎn)速下，軸承座溫度與定子溫度的仿真值與實(shí)測(cè)值接近;通過(guò)仿真分析，改變軸承的潤(rùn)滑方式能有效降低軸承溫度，進(jìn)而減少電主軸熱變形;主軸前端軸向熱位