[发明专利]一种电主轴热误差预测模型的建立方法

说明书

本发明公开了一种电主轴热误差预测模型的建立方法，属于机械加工技术领域。本发明通过采用热误差解析建模的方式，构建了一种适用于电主轴的误差建模理论和方法，建立了角接触球轴承内外环的相对径向热位移模型，研究了径向误差与轴向误差的关系，从而得到电主轴径向总误差的解析模型。该方法在电主轴热误差预估方面具有良好的精确度，可为电主轴单元的热误差补偿提供理论支撑和指导。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种电主轴热误差预测模型的建立方法。

背景技术

电主轴单元作为高档数控机床的核心功能部件，集成了电机、轴承等发热元件，使主轴运行过程中的热误差成为影响高档主轴精度和精度稳定性的最关键因素。多年来，人们对电主轴热误差的分析和建模方法进行了大量的研究。目前，电主轴热误差建模研究可分为三类：电主轴单元热特性数值模拟、热特性测试技术和热误差建模方法。

然而，大多数研究人员对主轴系统的轴向热误差进行测量，而忽略了径向热误差的测量、建模和预测。事实上，在精密和超精密五轴机床上，高速主轴的径向热误差是不容忽视的。因此，本发明建立了角接触球轴承内外环的相对径向热位移模型，研究了径向误差与轴向误差的关系，从而得到电主轴径向总误差的解析模型。

发明内容

本发明的目的是提供一种电主轴热误差预测模型的建立方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种电主轴热误差预测模型的建立方法，包括以下步骤：

S1、获取轴承内圈温度T_s；

S2、建立电主轴轴向误差解析模型，根据式(26)计算轴向位移Δ；

Δ＝α·L·(T_S-T₀)             (26)

式中：

α—材料线膨胀系数；

L—电主轴内部主轴的长度；

T₀—环境温度；

T_S—轴承内圈温度；

S3、建立角接触球轴承径向热位移模型，根据式(23)计算径向误差分量u₁；

u₁＝u_C-u_B                  (23)

其中，根据式(21)计算轴承内圈与主轴接触位置B点热变形量u_B；

根据式(22)计算轴承外圈与主轴接触位置C点的热变形量u_C；

式中：

α—材料线膨胀系数；

μ—材料的泊松比；

r—半径；

T—温度；

A点为轴承内圈与B点相对的位置；

D点为轴承外圈与C点相对的位置；

S4、建立径向位移与轴向位移的关系模型，根据式(24)计算径向误差分量u₂；

u₂＝Δ·sina/cosa            (24)

式中，α为轴承的接触角；