如今数控机床向着高精度、高柔性化的方向发展,对机床的可靠性以及加工精度提出的要求越来越高。在外部环境温度和内部热源的共同作用下,机床在整个运行期间会有大量的热量产生,这些热量在数控机床零部件之间以热传导、热对流等方式进行传递,由此在机床的零部件之间生成非均匀的温度场,这样,机床的零部件将形成不同程度的热变形。在研究如何降低机床加工误差的过程中得知,机床热误差在机床总加工误差中所占的比重很大。作为数控车床的核心组成部分,主轴在热源作用下的热特性,对机床加工精度的影响尤为严重,因此,进行主轴单元的温度场、热变形的分析,对机床加工误差的减小显得极其重要。本文以ETC3650数控车床主轴为研究对象,将有限元软件作为分析工具,通过分析热源、计算发热量以及数值模拟,获得车床主轴的稳态温度场分布以及主轴在X、Y、Z方向的热变形量大小,并对车床主轴箱温升与主轴热变形进行了测试,通过实验数据进行验证了有限元分析的正确性,以下是论文的具体研究内容:1.查阅国内外相关文献,掌握机床主轴部件的热特性分析研究现状和发展情况,叙述了课题研究的主要内容和现实意义,确定了课题研究的思路和方法。2.建立机床主轴部件三维温度场数学模型,基于热变形基本方程、弹性力学及有限元理论建立热变形数学模型。3.建立机床主轴系统的三维CAD模型,对有限元网格划分及结合面的热传导系数进行探讨,并建立热特性有限元模型,对热特性分析奠定了基础。4.分析机床主轴系统内部热源和边界条件,建立主轴系统温度场有限元模型。采用分析软件,基于有限元法对机床主轴系统温度场仿真分析,得到主轴结构温度场分布图形。对ETC3650数控车床主轴系统的温度场模型进行了实验验证,并分析温度场,通过主轴测试系统建立了主轴温升实验及ANSYS分析主轴温度场分布,对比分析主轴工作时温度分布并且分析有限元模型的正确性。为进一步热变形计算和热特性分析奠定了基础。5.确定约束条件和热载荷,对主轴稳态温度场进行分析,继续分析主轴运转时产生的热变形,研究热变形对主轴结构的影响。应用位移传感器建立主轴热位移实验,验证仿真分析结果及有限元模型的正确性。对机床主轴系统热变形进行详细的分析,确定了主轴系统的热变形对机床加工精度影响的程度。6.探究了仿真模拟分析与实测值之间出现误差的原因,在理论分析和实验验证的基础上提出车床主轴热特性的改善措施,并且详细论述各种改善措施的具体内容,对后续进行主轴优化设计,以及研发高精度的机床,具有一定的现实意义。基于上述内容,本文通过对数控车床主轴的热特性进行研究,获得了其热特性分析的结果,而且提出数控车床主轴热特性的改善方案,有利于车床主轴向着大功率、高可靠性、高精度的方向发展。