机床误差主要包括几何误差和热误差,热误差占机床误差70%以上,电主轴热误差是机床的主要热误差来源,电主轴发热引起的温度上升和热变形会严重降低电主轴的精度。本文以数格AMS-120型高速电主轴为研究对象,对电主轴热特性进行分析,提出了电主轴水冷系统的冷却方案,建立了温度-流速控制模型,对电主轴的冷却过程进行了有限元仿真,优化了制冷参数,最后通过冷却对比试验验证了电主轴水冷系统的冷却效果。具体研究内容包括:1.提出了一种用于电主轴冷却的水冷系统设计方案。以电主轴为冷却研究对象,根据传热学原理和CFD理论基础对电主轴水冷系统进行总体设计,提出电主轴冷却方法,设计水冷系统的机械结构和温控功能,实现了对电主轴不同温度场的差异化冷却。2.研究了电主轴发热机理。分析了电主轴的热源组成和传热过程,计算了电主轴热载荷和传热参数,在前人研究的基础上提出了新的温度-流速控制方程,并计算了一定工况条件下的最优制冷参数,提升了制冷参数的计算精度。3.建立了电主轴水冷仿真模型,对仿真模型进行了预处理,根据对比试验法设计了仿真方案,利用Ansys Fluent对电主轴冷却过程进行仿真,得出了冷却前后电主轴的温度变化云图、形变云图及各项实验数据。在电主轴水冷仿真实验中采集关键部位,关键结构的温度数据和形变数据,通过对冷却前后各类云图和数据的分析,得出了不同对比实验组的冷却效果,验证了最优制冷参数条件下的冷却效果最佳。4.实验验证。为了进一步验证水冷系统的冷却效果,利用开发的水冷系统对电主轴进行冷却对比试验,实验结果表明,仿真实验与冷却实验的误差在7%以内,两者吻合程度较高,验证了仿真结果的准确性。通过对数据进行分析,冷却前后,冷却后电主轴电机定子的最高温度约下降了60%,转轴形变量约降低了70%,电主轴冷却系统取得了良好的冷却效果。