基于ANSYS Workbench的电主轴热误差预测

针对电主轴受热变形影响加工精度的问题,本文先运用Solidworks软件对电主轴进行几何建模,然后通过有限元分析软件ANSYS Workbench对电主轴进行瞬态热–结构耦合分析,从而预测出电主轴热误差随时间变化的趋势,最后以实验室的TC-E650型数控雕铣机为研究对象验证仿真结果。实验结果表明:电主轴在运行的前1500 s内热误差变化幅度大,短时间内迅速增长到40 μm,而后缓慢增长,在运行约4500 s时达到热稳态,主轴末端最大轴向热误差为52 μm,实验结果有效验证了电主轴热误差的有限元瞬态预测模型的精度,为电主轴的热平衡设计及热误差的补偿提供了参考。

基于流热固多物理场耦合的电主轴热误差建模研究

针对电主轴热误差仿真建模中忽略冷却液自身的温度变化对冷却效果的影响,导致预测精度不准确的问题。建立流–热–固多物理场耦合有限元模型,在热–结构耦合模型中引入流体域,通过流–固交界面将冷却液的温度场作为热分析中螺旋冷却管道的精确热边界条件、压力场作为结构分析中的力约束,更为真实地反映冷却液的实际换热能力和螺旋冷却管道的实际受力情况。采用基于热流密度的载荷施加方式与流–热–固多物理场耦合方法相结合的ANSYS仿真模型,仿真结果表明电主轴最大轴向热变形为51 μm,与实验测得的值相比,残差在5.2 μm左右。可以有效地实现高速电主轴热误差预测。