高速电主轴热态特性的有限元分析

高速加工能大大地提高生产率和降低生产成本，是一项非常有前景的先进制造技术。高速机床是实现高速加工的首要条件。高速电主轴技术在高速机床在研究和发展中有重要的意义。与传统的传动方式相比，高速电主轴使用内装式电机，取消了诸如齿轮、皮带等中间传动环节，实现了机床的“零传动”。迄今为止，人们对高速电主轴的热态特性仍缺乏足够的认识，因而极大地限制了高速电主轴的有效应用。高速电主轴在高速下会因热的原因而在瞬间出现故障，甚至连警报信号都来不及发出。由于内装式电机的损耗发热和轴承的摩擦发热，使得高速电主轴的发热量很大，由此产生的热变形大大地降低了高速机床的加工精度。因此必须对高速电主轴的热态特性进行分析，以减少电主轴的温升和热变形。本文首先计算了高速电主轴中内装式电机的损耗发热和轴承的摩擦发热，并对油—水热交换冷却系统和油—气润滑系统的散热特性进行分析，在此基础上建立了高速电主轴热态特性的有限元模型，用ANSYS软件进行有限元分析，最后提出了改进高速电主轴热态特性的主要措施。