基于热-流-固耦合建模的精密机床主轴差异冷却策略优化

针对以往的热模拟方法很难准确预测主轴的热行为,采用了一种热-流-固耦合主轴有限元建模方法,用于精确模拟流动冷却液与主轴结构之间的传热过程。并且在所建立的主轴热特性模型基础上还提出了一种差异冷却策略(冷却液供给温度和流量)的优化方法。该方法根据给定的主轴加工条件(如4000 r/min转速和20℃环境温度)得出优化的差异冷却策略,优化的差异冷却策略和给定的加工条件的综合作用,使主轴具有良好的热性能(稳定的温度场和最小的热误差)。最后,基于差异化的冷却装置进行实验,实验验证了该热-流-固耦合有限元主轴建模方法的可靠性,优化的差异冷却策略能有效地稳定主轴温度场。此外,还验证了稳定的主轴温度场能使主轴热误差最小。

电主轴单元热误差半闭环主动控制方法

作为影响数控机床精度稳定性的关键因素,电主轴末端热误差不仅由主轴轴承、电机生成热量引起,更与加工环境温度不稳定性密切相关。为在机床加工状态下并行抑制上述热干扰因素以保证主轴精度稳定性,构建了一种面向电主轴单元热误差的半闭环主动控制方法,该方法基于模糊神经网络-PID主动控制策略对电主轴单元内置循环液供液温度进行动态调整,以实现电主轴单元结构温度稳定性控制与热误差半闭环主动抑制。通过试验证明:该方法可以在22℃~18℃温度缓降工作环境中,将电主轴单元结构温升幅度控制在±0.5℃以内;并且相比于传统循环冷却控制方法,该方法可有效抑制各项主轴热误差(降低比例δx为57.1%,δy为56.9%,δz为34.7%),并放宽了电主轴单元精度稳定性维持对恒温加工环境的要求。