数控机床的热性能分析与设计文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

1.国内外研究现状：

关于主轴热变形的研究，前人已经做了许多研究。大多分为以下三个部分：热特性分析方法、热设计与优化方法、热特性试验方法。先通过主轴的热特性(如温度场、热变形、有无热阻等)建模与分析获得必要的参数，然后以此在基础展开主轴系统的结构优化、材料设计优化和冷却系统设计等研究，获得改善后的主轴热特性，最后通过热特性试验来检验设计优化的结果。

2.调研报告：

(1)主轴热变形误差的影响和测量：

东北大学的张耀满对沈阳机床厂生产的高速数控车削中心主轴的热变形进行了有限元分析并分析得到第一主轴最大热变形达到33mu;m，第二主轴最大热变形为21mu;m^[1]。由他们对主轴热变形误差的分析研究可知，主轴系统热变形误差对于机床精度的影响不容忽视；清华大学的高赛、曾理江等人分析总结了前人几种测量主轴热误差方法的优缺点，提出了使用单光束干涉仪对立式加工中心主轴热误差进行非接触式的实时测量^[2]；浙江大学的曹永杰和傅建中通过采用高精度CCD激光位移位移传感器和涡电流位移传感器对主轴热误差实时测量^[3]。

(2)主轴系统热源及影响：

主轴系统热源分外部热源和内部热源两种。外部热源主要指周围环境通过空气的对流以及环境热源，如阳光、照明灯具、加热器等通过辐射传到主轴系统的热量。对于昼夜连续加工、温差较大引起的热变形是不可忽视的。内部热源对于普通数控机床主要是切削热和轴承摩擦热产生的热量；对于采用高速电主轴系统的数控机床，还包含了电动机发热产生的热量。

清华大学的项伟宏、郑力、刘大成等人通过实验的方法测得TH6350 卧式镗铣加工中心主轴系统前轴承附近主轴温度最高^[4]；东南大学的郭策，孙庆鸿等人建立了高速高精度数控车床主轴部件温度场的有限元模型，通过模型模拟及实际测量试验，发现主轴系统最高温度出现在前支撑轴承处^[5]；合肥工业大学的朱珍等人建立了主轴工作状态下的稳态温度场和热变形的三维热分析有限元模型, 通过模拟分析可知前轴承支撑处的热应力最大^[6]。