数控机床主轴热特性分析

合集下载

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。

数控机床主轴加工过程中的动态特性控制方法

数控机床主轴加工过程中的动态特性控制方法数控机床主轴是数控机床中的关键组成部分，其加工过程中的动态特性控制方法对于保证加工质量和提高加工效率至关重要。

本文将介绍数控机床主轴加工过程中的动态特性，并探讨几种常用的动态特性控制方法。

首先，让我们了解数控机床主轴的动态特性是什么。

在数控机床加工过程中，主轴的动态特性主要包括振动、松动、热变形等问题。

振动是主轴加工过程中最常见的问题，会导致加工表面粗糙度增加、加工精度降低等质量问题。

松动是指主轴的连接件松动，造成主轴与机床的配合间隙增大，也会导致加工质量下降。

热变形是由于主轴在高速运转时会产生较大的摩擦热量，导致主轴变形，进而影响加工精度。

为了解决上述问题，可以采取一些动态特性控制方法。

首先，合理的刀具安装和主轴平衡是控制振动的重要方法。

在刀具安装过程中，要保证刀具与主轴的连接紧固，减少刀具的偏心，避免因刀具偏心引起振动。

同时，在主轴的制造和装配过程中，进行动平衡调整，以减小主轴在高速运转时的振动。

在实际应用中，还可以通过定期检查和校正来保持刀具安装的准确性和主轴平衡的状态。

其次，采用合适的切削参数和工艺策略也可以有效控制主轴的动态特性。

通过合理选择切削速度、进给速度和切削深度等切削参数，可以减小主轴的振动和噪音。

此外，采用合理的工艺策略，如切削过程中的半径补偿和切削力控制等，也能减小主轴的振动，提高加工质量和效率。

此外，还可以利用各种传感器来监测主轴的动态特性，并通过反馈控制方法进行控制。

例如，可以通过在主轴上安装加速度传感器来实时监测主轴的振动情况，并通过反馈控制方法来调整切削参数和工艺策略，从而实现主轴的动态特性控制。

最后，定期维护和保养主轴也是保证主轴动态特性稳定的重要手段。

定期清洗和润滑主轴的连接件，检查主轴的工作状态，及时更换磨损的零部件，可以延长主轴的使用寿命，保持其稳定的动态特性。

总结起来，数控机床主轴的动态特性控制方法包括合理的刀具安装和主轴平衡、采用合适的切削参数和工艺策略、利用传感器进行监测和反馈控制以及定期维护和保养主轴。

数控车床主轴系统热特性有限元分析及验证

机械设计与制造
１８６ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第５期
２０１３年５月
数控车床主轴系统热特性有限元分析及验证
刘启伟
（沈阳机床（集团）设计研究院，辽宁沈阳１１０１４２）
ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＦｉｅｌｄ；ＴｈｅｒｍａｌＤｒｉｆｔ；ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄ；Ｓｔｅａｄｙ－ＴｈｅｒｍａｌＡｎａｌｙｓｉｓ；ＣｏｕｐｌｉｎｇＡｎａｌｙｓｉｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｅｅ ∞ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｆｏｒｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｆａｏＣＮＣｌｔａｈｅ．Ａｔｅｆｒｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇｔｈｅｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｆｏｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍ．ｔｈｅｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｒｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｆｅｌｄ“ ｔ哪ｓｉｅｕｒｌａｔｅｄ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅｒｍａｌ — ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｕｐｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｉｔｓｉｍｕｌｔａｅｄｔｈｅｄｅｆｏｒｍｔｉａｏｎｆｏｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｉｄｅｎｔｉｉｆｅｄｔｈｅｔｒｅｎｄｏｆｓｐｉｎｄｌｅａ￣ｓｅｍｂｌｙ＜ｍｄｓｐｉｎｄｌｅｂｏｘ．Ｆｏｒｖｅｒｆｎｉｇｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｔｅｓｔ（Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｅｆｌｄａｎｄｔｈｅｒｍａｌｄｒｆｉｔｔｅｓｔｓ）ｅｘｅｃｕｔｅｄ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓａｆｏｕｎｄｔｉａｏｎｆｏｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｆｓｏｐｉｎｄｌｅａｓｓｅｍｂ１）ａｎｄｔｈｅｒｍａｌｅｒｒｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ．

机床主轴轴承摩擦生热特性分析

=
δrcos φj
-
u 2
（12）
式中，δr 为内圈径向变形量。
在任意角位置处滚子的受力方程为
Qoj - Qij - Fc = 0
（13）
式中，Fc 为滚子承受的离心力，为
Fc
=
3.39
×
10-11
D
2 w
ld
m
n
2 m
（14）
其中，Dw 为滚子直径；l 为滚子有效长度；nm 为滚子
公转速度。
采用牛顿-拉夫逊法迭代求解由式（11）和式（13）
Key words Cylindrical roller bearing Quasi-static model Frictional heat generation amount Oilgas proportional coefficient
0 引言
圆柱滚子轴承因具有承载能力强、受载后变形小等特点，被广泛应用于机床等设备中。轴承在工作过程中会因各元件间摩擦产生大量的热，若热量不能及时排出，热膨胀导致的结构变化会使轴承出现热烧伤、卡死等现象。因此，应通过合理地分析与计算，得出轴承准确的摩擦生热量，为后续温度场分析做准备。
组成的 Z + 1 个非线性方程，得到轴承的载荷分布。
若 Qij 的值大于 0，则认定滚子处于承载区；若 Qij 的值小于 0，则处于非承载区。
2. 3 平衡方程建立
匀速运转条件下，承载区滚子的力和力矩平衡
方程为[11] Fij + Tij - Foj - Toj - Pmj = 0 Tij + Toj - P'mj = 0 对于非承载区滚子，有 Foj + Toj - Pmj = 0 保持架受力平衡为

机床关键部件热特性分析及热性能优化设计

研究不足与展望
在研究中，虽然建立了机床关键部件的热特性分析模型，但模型仍存在一定的简化，未来可进一步考虑更
复杂的热传递方式和热物性参数的影响。
Hale Waihona Puke 输标02入题在实验验证中，虽然采用了多种测试方法，但仍存在一定的误差和不确定性，未来可进一步改进实验方法和提高测试精度。
01
03
针对不同机床关键部件的热特性分析，目前仅考虑了常见的几种部件，未来可进一步扩展研究范围，包括
06
结论与展望
研究结论总结
建立了机床关键部件的热特性分析模型，为热性能优化设计提供了理论依据。
针对不同机床关键部件的热特性进行了详细分析，为优化设计提供了具体指导。
通过实验验证了所建立模型的准确性和有效性，为实际应用提供了可靠的技术支持。
通过优化设计，提高了机床关键部件的热性能，降低了能耗和温度波动，提高了加工精度和稳定性。
05
机床关键部件热性能优化设计软件介绍
软件功能介绍
热特性分析
软件可以对机床关键部件进行热特性分析，包括温度场、热应力、热变形等。
热性能优化设计
软件可以根据分析结果，对关键部件进行热性能优化设计，提高机床的加工精度和效率。
多物理场耦合分析
软件支持多物理场耦合分析，包括流体、力学、电磁等，以更全面地评估关键部件的热性能。
目的和意义
目的
通过对机床关键部件的热特性进行分析，找出影响机床性能的关键因素，提出针对性的优化设计方案，提高机床的性能和使用寿命。
意义
通过对机床关键部件的热特性进行分析和优化设计，可以提高机床的加工精度、效率和使用寿命，降低生产成本，提高企业的竞争力。同时，也可以为其他机械设备的热特性分析和优化设计提供参考和借鉴。

数控机床热误差特性分析

数控机床热误差特性分析苗恩铭;高增汉;党连春;苗继超【摘要】Thermal errors of CNC machines were different under actual cutting and spindle idling. The methods of fuzzy clustering and F statistics were used to classify temperature variables,as well as to confirm the best threshold.Then the temperature sensitive points were selected according to grey correlation among temperature variables and thermal errors.At last,a model among temperature sen-sitive points and thermal errors was built.The results show that temperature sensitive points will be changed under two situations,the model under different situations can not be used mutually-interchan-ging.The model under actual cutting should be used prior during actual production.%对数控机床在主轴空转和实切状态下的热误差特性进行了比对分析。

利用模糊聚类和 F 统计量确定了最佳的分类及分类阈值，根据温度与热误差之间的灰色关联度确定出温度敏感点，进而建立补偿模型。

对实验结果的分析表明，温度敏感点在两种状态下是动态变化的，不同状态下的补偿模型并不通用；实际生产中的热误差补偿应优选实切状态下的热误差模型。

小型数控车床热态性能的分析优化与实验辨识

ｔｅｍａｍａｅ，ｎｈｐｉｄｌｅｉｔｎａｕｅｗａｉｅｅｈｏｇｈｅｓｃａｌｅｉｎｅｈｒｌｈｒｌｉｇｒａｄｔｅｓｎｅｈａｔｌｉｇｔｒ￥ｄｎｔｄｔｒｕｈｔｐｅｉｙｄｓｇｄｔｅｍａｄｌ
ＧＵｎ — ｕＴｉｇ — ｉｒ
（ｅａｔｎｆＭａｅｉｌＥｇｎｅｉｇＳｃｕｎＥｇｎｅｉｇＴｃｎｃｌｌｇ，ｙｎ００ＣｉａＤｐｒｍｅｔｔｒｓｎｉｅｒ，ｉｈａｎｉｅｒｎｅｈｉａｌｅＤｅａｇ６０，ｈｎ）ｏａｎＣｏｅ１８
机械设计与制造
１４６
文章编号：０１３９（０２０ — １４０１０ — ９７２１）１０６ — ３
ＭａｈｉｅｙＤｅｉｎｃｎｒｓｇ
＆
Ｍａｕａｔｒｎｆｃｕｅ
第１期２１０２分析优化与实验辨识术
关键词：数控车床；变形；热热倾斜；实验辨识【ｂｔａｔｉｎｔｔｅｓｉｄｅａｌｎＭＫｓｒｓＣＣｌｈｎｏｅａｉ，ｃｕｅｏＡｓｒｃ】ＡｍｉａｈｐｎｌｇｄｔｔｇｏＣｅｉＮａｅｉｐｒｔｎ￡ａｓｓｆｉｉｆｅｔｏ胁ｔｅｅｒｂｅｓｗｒｔｅｅｉｅｔ，ｄｔｒｕｈｔｅｍｔｏｏｂｎｎｅｍｌｅｒｔｏｎｙｉｗｔｈｓｏｌｍｅｅｒｄｔｂｎｉｅｏｇｅｄｃｍｉｉｇｔｒａｄｆｍａｎａａｓｉｐｉｏｄｆｈｈｈｈｏｉｌｓｈｅｐｒｅｔｌｄｎｉｃｉ，ｎｏｒｓｏｄｎｔｚｔｎｒｒｌｗｓｇｖｎＴｅｅｒ，ｅｍｈｒｃｘｅｉｎａｉｅｔａｏａｄｃｒｐｎｉｇｏｉａｏｏａｔａｉｅ．ｈｒｏｅａｔｒａｃａａ — ｍｆｔｎｅｐｍｉｉｐｇＴｆｈｌｔｒｔｓａａｙｉｍｄｌａｅｎＦＭｏｃｉｅｔｌａｅｔｌｈｄｔｒｓｌｈｌｔｍｅａｕｅｅｄｅｉｉｎｓｏｅｂｓｄｏＥｍａｈｎｏｓｓｂｉｅｅｏｅｗｏｅｅｐｒｔｒｆｌ．ｓｃｌｓｆｏＷａｓｏｖｉＡｅｓｍｍ，ｒｕｈｔｅｍａｓｒｓｃｕｌｇａａｙｉ，ｅｔｅｍｅｏｍｉｎｏｐｒｎｅｓｉｄｅｔａｅｔｅｔｏｇｒｌｔｓｏｐｉｌｓｔｒａｄｆｒａｏａｔａｄｔｐｎｌｔｈｉｈｈｅｎｎｓｈｈｌｔｆｓｈｈａｉｉｇｗｒｐｅｉｔ．ｆｒａｄｈｈｌｔｐｒｔｒｆｅａｍａｕｅｎｅｉｅｙｉｒｅｅｄｔｔｅｅｒｄｃｅＡｅｗｓｔｅｗｏｅｅｅａｕｅｌＷｅｓｒｄａｄｖｒｄｂｆａｄｌｎｄｉｒｍｄｓｉｉｆｎｒ

精密卧式加工中心主轴系统热特性分析

，
ａｕｅｏｈｏｌｎｎｔｅｍａｈｒｃｅｉｔｃｆｔｅｓｉｄｅｓｓｅｗａｔｉｄｔｒｆｔｅｃｏａｔｏｈｒ１ｃａａｔｒｓｉｓｏｈｐｎｌｙｔｍｓｓｕｄｅ
．
Ｔｈｅｕｔｓｏｓｔｔｅｒｓｌｈｗｈａ
Ｍ，Ｐｄ＝（）３
式中： —— 与轴承类型和所受载荷相关的系数；Ｐ —— 确定轴承摩擦力矩的计算载荷，，Ｎ；
主轴系统的温升和主轴端面跳动有重要影响，而轴承跨距的改变影响不大。关键词：轴系统；主热特性；限元法；有卧式加工中心
中图分类号：Ｈ１；Ｇ０．５Ｔ６Ｔ５２１文献标识码：Ａ
ＴｈｅｍａｌＣｈｒｃｅｉｔｃｎｌｉｆｔｅＳｎｅＳｙｔｍｆＰｒｃｓｏｏｉｏｔｌＭａｈｉｎｅｅｒａａｔｒｓｉｓＡａｙｓｓｏｈｐｉｄｌｓｅｏｅｉｉｎＨｒｚｎａｃｎｉｇＣｎｔｒ
第９期
２１０１年９月
组合机床与自动化加１＝技术
ＭｏｄａａｈｎｅＴｏｌ＆ＡｕｏａｉａｕｆｃｕｒｎｃｉｅｕｌｒＭｃｉｏｔｍｔｃＭｎａｔｉｇＴｅｈｎｑｕ
ＮＯ．９Ｓｐ．２０１ｅ１
，
ｃｏｒ。ｎ
・
２・
组合机床与自动化加工技术
第９期
主轴系统内部的热源有电机发热、轨摩擦发导热、轮传动发热、承发热等］齿轴。本文中主轴与

CKH1463精密数控车削中心电主轴热特性分析

ＴｈｅｒｍａｌＣｈａｒａｅｔｅｒｉｓｔｉＣＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｔｈｅＭｏｔｏｒｉｚｅｄＳｐｉｎｄｌｅｉｎＣＫＨ１４６３ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＣＮＣＴｕｒｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒ
ｉｓｔｉｃａｎｌｙａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｍａｄｅ，ａｎｄｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍ＇ｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｍａｒｌｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｗｅｒｅｇｏｔｔｅｎ．Ｉｔ
ｐｒｏｖｉｄｅｓｂａｓｉｓｏｒｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｔｈｅｍａｒｌｃｈａｒａｃｔｅｉｒｓｔｉｃａｎｄｄｏｉｎｇｒｅｌａｔｅｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｆｏｒｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅＣＮＣｍａｃｈｉｎｅ
ｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ．Ｔａｋｉｂｇｈｉｇｈ・ｓｐｅｅｄｍｏｔｏｉｒｚｅｄｓｐｉｎｄｌｅｏｆｐｒｅｃｉｓｉｏｎＣＮＣｔｕｒｎｉｎｇｃｅｎｔｅｒａｓｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｂｏｕｎｄａｒｙ

精密数控机床主轴系统热动态特性分析与研究

ＡｂｔａｔＴｈｒｉｌａｏｖｄｔｅｐｏｌｍｈｔｔｅｔｅｍａｅｏｍａｉｎｏｈｐｎｌｙｔｍｆｅｔｃｕａｙｏｓｒｃ：ｅａｔｅｈｓｓｌｅｈｒｂｅｔａｈｈｒｌｄｆｒｔｏｆｔｅｓｉｄｅｓｓｅａｆｃｓａｃｒｃｆｃ
振型叠加法利用结构的振型缩减和解耦运动方
程，对各个模态响应进行叠加，到一定外载荷时间得
较为明确，更便于利用系统较低的若干阶固有频率
・
９・２
《技术新工艺》・加工工艺技术与材料研究２１新热０１年第７期
Ｋ。选择时间步长 △ 和参数０形成系统有效的系，数矩阵：
一
＋Ｋ
ＣＮＣ，ｄｅｍｉｄｒｌｔｏｎｈｉｂｔｅｎｃｎｇｏｅｐｅａｕｒｎｄｈｅｔｒａｄｆｍａｉｎｆｔｓｉｅｓｔｍ，ｅｔｂｅｔｒｎｅｅａｉｓｐｅｗｅｈａｅｆｔｍｒｔｅａｔｈｅｍｌｅｏｒｔｏｏｈｅｐｎｄｌｙｓｅｓａ
精密数控机床主轴系统热动态特性分析与研究
汪红波，王建强
（浙江师范大学机电技术研究中心，江金华３１１）浙２０９
摘要：解决了因主轴热变形引起的数控机床加工精度下降的问题，立了精密数控机床主轴径向建和轴向动态热变形的计算机精细数值计算模型和主轴热误差动态预报理论模型，以期揭示温度变化对精密数控机床加工精度的影响机理，为精密数控机床综合误差补偿提供理论依据和技术支撑。本文采用理

数控机床主轴组件热特性研究

影响，简化测量过程及便于进行机床主轴组件热特性研究的目的。
关键词：机床主轴；温度测点；热特性
中图分类号：Ｇ５Ｔ６９
文献标识码：Ａ
ＴｈｅＲｅｅｒｈｆＳｐｎｄｅＣｏｐｎｅｓ’ＴｈｅｍａｌＣｈａａｔｒｉＮＣａｈｎｅｓａｃｏｉｌｍｏｎｔｒｒｃｅｎＭｃｉｓ
／卜卜
（）１
了所建立的温度— — 热变形模型的精度和鲁棒性。
塑ｊ：一旦ＯＩ：ｔ０ｋＡ
｝：０
Ｏｌ：ｘＬ
１主轴动态特性分析
机床主轴模型如图１所示。主轴左端固定，端右可自由伸长：量Ｑ从主轴左端流入，始时刻主轴温热起度为常数
维普资讯
２０年第１期０７２
文章编号：Ｏ一２５２０）２— ０１０Ｌ２６（０７１０２ — ２ＯＬ
・计与研究・设
数控机床主轴组件热特性研究
谢黎明，新齐，娟黎杨
（兰州理工大学机电工程学院，州７０５）兰３００摘要：文章对机床主轴组件温度场和热变形动态特性之间的差异进行了分析。并通过采用最佳温度测点建模的方法，Ｘ７５对Ｈ５Ｃ型数控铣床主轴进行了热特性分析，到了减少由于这种特性差异所带来的达
一一一
Ｏ前言
如何选择温度测点是建立机床主轴组件热误差模

精密数控机床主轴系统热态特性分析与研究

精密数控机床主轴系统热态特性分析与研究汪红波;王建强【摘要】解决了因主轴热变形引起的数控机床加工精度下降的问题,建立了精密数控机床主轴径向和轴向动态热变形的计算机精细数值计算模型和主轴热误差动态预报理论模型,以期揭示温度变化对精密数控机床加工精度的影响机理,为精密数控机床综合误差补偿提供理论依据和技术支撑.本文采用理论分析、数值计算和试验研究相结合的方法,利用有限元方法的数值特点和实际工况实时测量数据的可靠性,为数控机床主抽系统热态特性研究提供理论与实际的依据.%The article has solved the problem that the thermal deformation of the spindle system affects accuracy of CNC, determined relationship between change of temperature and the thermal deformation of the spindle system, estab lished fine numerical model of precision CNC machine tool spindle thermal deformation of radial and axial dynamic and theo retical model of dynamic prediction. In order to reveal the impact mechanism that precision CNC machining precision, Pro vides theoretical basis and technical support for precision CNC machining precision, by theoretical analysis, numerical calcu lation and experimental method of combining the finite element method of numerical characteristics and actual conditions the reliability of real-time measurement datum, described CNC machine tool spindle system for the thermal characteristics of re search theory and practice basis.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2011(000)007【总页数】4页(P92-95)【关键词】动态热变形;误差补偿;理论模型;有限元【作者】汪红波;王建强【作者单位】浙江师范大学机电技术研究中心,浙江,金华,321019;浙江师范大学机电技术研究中心,浙江,金华,321019【正文语种】中文【中图分类】TP391.9当今,精密和超精密加工技术已成为现代机械制造中最重要的组成部分和发展方向,提高机床精度有2种基本办法:误差防止和误差补偿。

卧式HMC500 主轴系统热特性分析及结构优化

收稿日期：2017－05－260引言热误差是数控机床的主要误差源之一，是由温度升高以及分布不均引起的，热误差占机床总误差的40%~70%［1⁃2］，对超精密机床的影响极大［3］，热问题已成为影响精密机床精度的关键因素。

主轴系统是数控机床的核心部件，其旋转产生的热量是引起机床热变形的重要因素之一［4］，因此主轴系统的热特性分析与设计对保证机床精度至关重要，成为了高速高精度机床必须考虑的关键技术之一［5］。

为了更好地进行热误差补偿，需要在测试前对机床的温度分布和热变形规律进行预测。

本文运用有限元理论，以HMC500主轴系统为研究对象，得到了主轴系统在8000r/min 转速下的稳态温度场分布和热变形规律。

在热变形分析的基础上，提出主轴箱结构的改进方案——合理设计多个凹槽，并利用CAE 软件进一步优化凹槽尺寸，得到主轴系统的最小热变形。

卧式HMC500主轴系统热特性分析及结构优化吴永伟邬再新鲍政伟兰州理工大学机电工程学院，兰州，730050摘要：以HMC500主轴系统的特有结构为研究对象，建立主轴系统的温度场模型。

实验结果表明，主轴系统热变形与温度有较好的对应关系，主轴发热量增大引起主轴变形增大，而主轴轴承的摩擦生热是主轴系统热量产生的重要原因，主轴系统的最高温升位于前轴承内圈处。

进一步仿真计算主轴系统的热变形，通过对主轴箱体散热凹面的优化设计，可有效降低主轴系统温升，使主轴系统的热变形达到最小，从而使关键部位变形小于10μm ，满足机床的设计要求。

在优化后的主轴箱系统上布置温度传感器和位移传感器，在8000r/min 转速下进行实时测量，将实验结果与ANSYS 的模拟结果进行对比，验证了优化结构的可行性与可靠性。

关键词：主轴系统；热分析；热变形；优化设计中图分类号：TG502.15DOI ：10.3969/j.issn.1004⁃132X.2018.13.013开放科学(资源服务)标识码(OSID)：Thermal Characteristics Analysis and Structural Optimization ofHorizontal HMC500Spindle SystemsWU YongweiWU ZaixinBAO ZhenweiSchool of Mechanical and Electriccal Engineering ，Lanzhou University of Technology ，Lanzhou ，730050Abstract ：Taking the unique structure of the HMC500spindle systems as the research object ，the temperature field model of the spindle systems was established.It is found that the thermal deformations of the spindle systems have a good correspondence with the temperatures.Spindle deformation increases are caused by spindle heat increases.The spindle bearing friction heats are an important reason for the heat generated by the spindle systems.The experimental results show that the maximum temperature rise of the spindle systems is located in the inner rings of the front bearings.The thermal deformations of the spindle systems were further calculated ，and the optimal design of the cooling surface of the spindle boxex could reduce the temperature rise of the spindle systems effectively ，so that the thermal deforma⁃tions of the spindle systems could be minimized ，so that the key part is less than 10μm ，which may meet the design claims of the machine.On the spindle box system of the optimized arrangement of tem⁃perature sensors and displacement sensors ，the real⁃time measurements were carried out under the speed of 8000r /min.The experimental results were compared with the simulation ones of ANSYS to verify the feasibility and reliability of the optimized structure.Key words：spindle system ；thermal analysis ；thermal deformation ；optimal design··15961有限元分析任务流程有限元分析任务流程见图1。

数控机床主轴系统多物理场耦合热态特性分析研究

数控机床主轴系统多物理场耦合热态特性分析研究一、本文概述随着现代制造业的飞速发展，数控机床作为关键设备，其性能优化与技术创新日益受到重视。

主轴系统是数控机床的核心组成部分，其热态特性直接影响机床的加工精度和稳定性。

因此，对数控机床主轴系统的多物理场耦合热态特性进行深入研究，对于提升机床性能、保证加工质量具有重要的理论意义和实践价值。

本文旨在通过多物理场耦合分析，全面探究数控机床主轴系统在热态下的性能表现。

文章首先介绍了数控机床主轴系统的基本结构和功能，分析了主轴系统在工作过程中产生的热量来源及其影响因素。

在此基础上，探讨了主轴系统内部温度场、应力场、流场等多物理场的相互作用及其耦合机制。

通过理论分析和实验研究相结合的方法，深入研究了主轴系统多物理场耦合热态特性的变化规律及其影响因素，为优化数控机床主轴系统设计和提高机床加工性能提供了理论依据和技术支持。

本文的研究内容不仅有助于深化对数控机床主轴系统热态特性的认识，也为相关领域的科学研究和技术创新提供了有益的参考和借鉴。

本文的研究成果对于推动制造业转型升级、提高我国数控机床产业的整体竞争力具有积极的促进作用。

二、数控机床主轴系统结构与工作原理数控机床主轴系统是机床的重要组成部分，它直接影响到机床的加工精度和效率。

主轴系统的主要功能是通过高速旋转，带动刀具进行切削操作，从而实现对工件的精确加工。

主轴系统的性能稳定与否，直接关系到机床的加工质量和可靠性。

主轴系统的结构一般包括主轴、轴承、传动装置和冷却润滑系统等部分。

主轴是主轴系统的核心部件，通常采用高强度、高刚度的材料制成，以保证在高速旋转时具有足够的强度和稳定性。

轴承则是支撑主轴的重要部件，常用的轴承类型有滚动轴承和静压轴承等，它们的主要作用是承受主轴的径向和轴向载荷，保证主轴的旋转精度和稳定性。

传动装置是主轴系统的动力来源，它负责将电机的动力传递到主轴上，驱动主轴进行旋转。

传动装置通常由齿轮、皮带或联轴器等部件组成，其设计和制造精度直接影响到主轴的旋转精度和稳定性。

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。

主轴发热原因解析

主轴发热原因解析主轴发热的原因1.数控机床加工过程中，通常，轴承的温升在2小时后达到稳定，主轴过热的原因有以下几点：1)轴承损坏；2)主轴缺油，需要增添润滑剂；3)冷却液问题；4)负荷调节过紧；5)主轴转速过高；6)主轴电机或主轴控制模块有故障；7)主轴电路有局部短路。

2.维修方法：主轴发热是要先找到发热源，判断是哪一端轴承发热引起的，然后用手转动主轴，判断主轴转动时松紧是否均匀，有没有沉点。

如果是轴承引起的主轴发热，就要更换或清洗主轴轴承、轴承加适量润滑脂。

在清洗轴承的时候一般采用煤油或者汽油清洗，先粗洗后精洗，然后均匀涂抹耐高温润滑脂后再重新装配。

如果轴承预紧力过大引起的发热，先分别检查测量前后轴承与轴承间隙调整垫之间的间隙，要求在无锁紧螺母的外力下，轴承与轴承间隙调整垫之间的间隙在0.08mm-0.10mm之间，然后重新锁紧螺母，消除轴承间隙即可。

轴承损坏的原因1.轴承损坏的主要原因有以下几点：1)材料疲劳；2)润滑不良；3)污染；4)安装问题；5)处理不当。

靠前点关于机械剥离，剥离的症状就是在机械运转面剥离，剥离后呈明显凸凹状。

出现这种情况的几大原因：1)负荷过大使用不当；2)安装不良；3)轴或轴承箱精度不良；4)游隙过小；5)异物侵入；6)发生生锈；7)异常高温造成的硬度下降.解决办法是：需要重新研究使用条件或者重新选择轴承，观察游隙并检查轴与轴承条之间的加工精密度，检查轴承周围设计，研究并检查安装时的方法和润滑剂、润滑的方法。

2.轴承损坏的主要症状：1)轴承过热；轴承过热也有可能因为润滑油脂失效或油位过高过低；2)噪音大；3)振动；4)机械性能不达标；5)轴承在轴上松动；6)轴心转动困难。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

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
补偿是提高机床精度的最有效方法之一．为此，提出并分析了一维主轴热弹性现象产生的原因及其重要特征，并通
过有限元分析和实验验证了热动态特性的存在及变化规律．随着时间的增长，温升．热变形之间的关系会逐渐趋近稳
态。但不可能获得绝对的稳态．在传热过程中，随着传热距离的增加，温度变化滞后性越大．关键词：数控机床；有限元；热误差；热弹性效应
Ｅｒｒｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｅｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ．ＴｈｅｒｅａｓｏｎａＳｅｐ．２０１３
数控机床主轴热特性分析
姜杉，赵志刚，孙明陆，郭建慧，于红
（１．天津大学机械工程学院，天津３０００７２；２．天水星火机床有限责任公司，天水７４１０２４）
摘要：主轴热误差是数控机床热误差的主要组成部分，热弹性现象是交替变化的热源作用在构件上产生的，误差
中图分类号：ＴＨ１６１文献标志码：Ａ文章编号：０４９３ — ２１３７（２０１３）０９ — ０８４６．０５
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＴｈｅｒｍａｌＤｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＣＮＣＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌＳｐｉｎｄｌｅ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｏｎｅ — ｄｉｍｅｎｔｉｏｎａｌｓｐｉｎｄｌｅｔｈｅｍｏｒ－ｅｌａｓｔｉｃｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｎｔｈｅｉｆｎｉｔｅ
ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｒｍｏ — ｅｌａｓｔｉｃｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｉｓｅｎｇｅｎｄｅｒｅｄａｓａｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇｈｅａｔｓｏｕｒｃｅａｐｐｌｉｅｄｏｎｏｂｊｅｃｔ．