雕刻机电主轴冷却水套的优化

建立了有限元温度场及热变形场模型，对整个雕刻机的边界条件进行分析，通过理论公式对电主轴内部电机与轴承生热率和对流换热系数进行计算，在此基础上，建立110 W制冷量下电主轴仿真模型，使用有限元软件分析电主轴的热态特性，得到水冷电主轴的稳态温度场。通过优化分析对导热套结构进行再设计，使主轴温度场均匀化，降低主轴热变形，对优化后电主轴系统进行热特性分析，与水冷系统下的电主轴对比发现，优化后热电冷却系统下的电主轴温度场更加均匀，有效地降低了主轴热变形，使主轴温度更加均匀。

近年来，我国航空航天、船舶、汽车、化工等行业对高精、高速、高效、智能型中高档数控机床的需求明显增加[1]。

数控机床作为实现制造技术及装备制造业现代化的关键基础装备， 具有较高科技含量， 被称为现代化“工业母机”[2]。作为数控机床三大高新技术之一的电主轴，其性能直接决定着数控机床的整机技术水平和加工精度的高低[3]。目前，国外电主轴普遍采用定、转子冷却温度精密控制系统、主轴变形温度补偿精密控制系统等技术，实现电主轴温升的实时监控。而国内电主轴一般通过强制循环油/空气冷却的方式对电主轴进行冷却[4]。问梦飞[5]等人采用鲸鱼优化算法(WOA)和支持向量回归(SVR)相结合的方法，建立电主轴的热误差预测模型，将拟合误差最大值降低到3.72 μm，均方根误差降低至1.33 μm，提高电主轴的可靠性和精度；李滨[6]等人提出基于收集电主轴温度变化的热误差实时补偿计算方法与轴承常见故障的诊断方法，通过对轴体上测温点数据的处理对电主轴单元进行实时的热误差补偿提高加工精度，进一步改善了电主轴的热特性。耿季青[7]等人采用单一因素试验法和fluent 有限元手段对主轴热态特性进行分析，并利用origin 进行数据的拟合，结合相关性系数评价方法，结合温升流量曲线确定最佳流量，有效指导电主轴的流量设定与冷却系统设计。本文通过对雕刻机的电主轴的冷却水套的机构优化，将原来的水套间隙均匀分布变为间隙由小到大的分布设计。这种设计使电主轴的最高温度得到下降，同时主轴的温度更加均匀，来提升主轴的精度和使用寿命。

2. 雕刻机电主轴传热生热计算 2.1. 角接触球轴承的生热计算 帕尔姆格伦由大量的实验推导出了滚动轴承的摩擦力矩的经验公式，通过摩擦力矩和转速计算出轴承的热流量为： 41.047 10QMn−=× (2-1)