针对数控机床电主轴热分析过程中热态实验数据难以获取,难以进行热态特性分析的问题,提出了一种考虑电主轴产热与散热的综合有限元分析模型,利用有限元分析方法得到热态温度场分布图,可为数控机床电主轴的温度控制及热分析提供理论基础和数据支撑。

文章以加工中心皮带轴为研究对象,采用有限元方法,运用solidworks软件,对加工中心皮带轴的热态特性进行研究.确定加工中心皮带主轴热分析的边界条件,计算出轴承发热量,建立加工中心主轴热力学有限元模型,利用solidworks软件对皮带轴在最高转速下进行稳态热分析、温升变化以及温度场分布情况,结果表明该加工中心皮带轴结构设计合理,温升在控制范围之内.

以车床皮带轴为研究对象,介绍了车床皮带轴基本结构和工作原理,分析了车床皮带轴的热态特性,采用有限元方法建立了车床皮带轴热态特性的有限元模型,对主轴的热态特性进行研究,最后提出了改进车床皮带轴的主要措施。

机床的热态性能已成为影响高速机床工作性能的最重要的因素之一。主轴是机床的关键功能部件，其热态特性在很大程度上决定了机床的切削速度和加工精度，是影响机床精度提升的最重要因素。因此，在主轴的设计阶段减少机床热误差的影响，对于提高机床的热态特性十分重要。在过去的近一个世纪时间中，国内外众多学者针对主轴热设计方法开展了研究探索，基于热设计的过程可以分成三部分内容：热态特性分析方法，热设计与优化方法和热态特性试验方法。先通过主轴热态特性（如温度场分布、热变形、热平衡时间等）建模与分析获取必要的参数，然后以此为基础开展主轴结构设计优化、材料设计优化和冷却系统设计等热设计措施，获得较佳的主轴热态特性，最后通过热态特性试验来校验分析和设计优化的结果，整个过程循环直至达到满意...

主轴系统的热误差是影响数控机床加工精度的主要因素。根据自然界昆虫的翅脉结构,设计了一种基于鳞翅目昆虫翅脉仿生流道的新型主轴系统冷却结构。建立了昆虫翅脉仿生流道冷却结构模型,在数值传热学相关理论基础上,通过Fluent有限元软件对传统螺旋形流道和新型昆虫翅脉仿生流道冷却结构进行流固耦合仿真对比分析,结果显示后者比前者具有更好的散热效果和流动特性：在相同边界条件下,冷却液最大流速约为1.839m/s,出入口压降为3 181Pa,加热面最高温度降低了约17.8%、最低温度降低了约4.6%,且冷却结构的温度场分布更均匀。研究结果可为数控机床主轴系统冷却结构的热设计提供参考。

为了研究接触热阻对电主轴热态特性的影响,建立考虑接触热阻的电主轴热模型。采用有限元方法对电主轴进行热-结构耦合分析,计算各结合面接触热阻,并利用仿真研究结合面接触热阻中粗糙度和接触压力对电主轴热态特性的影响。对电主轴的电机损耗发热和前后轴承摩擦生热进行计算。以100MD60Y4型号的电主轴为研究对象,通过三维有限元模型分析结合面接触热阻对电主轴热态特性影响,将有无接触热阻两种条件下温度场和热变形仿真结果与实验结果对比,结果表明考虑结合面接触热阻仿真内部温度场不均匀性增大、整体温度更高、热变形量更大,其仿真结果更接近实验值。

对主轴箱温度分布进行了研究,通过建立有限元模型并计算热源,利用ANSYS有限元软件对主轴箱进行稳态热分析、瞬态热分析和热-结构耦合分析,并通过实验对主轴箱热态特性进行测试。实验采用在加工过程中可直接测量的主轴中心点偏移来测量X、Y方向主轴热误差,采用Buttord算法对实验数据进行滤波处理,并绘制主轴中心点轨迹偏移图。结果表明,整个主轴箱温度场分布很不均匀,温度相差较大,主轴需400 s达到稳态热平衡;前、后轴承的温度变化趋势基本一致;主轴箱径向(Y轴)变形最大,为4.6692μm。