电主轴单元作为高档数控机床的组成部分,其生热源生热导致的热误差是影响机床综合加工误差的重要因素。本文以某型号高速电主轴为研究对象,在转速3 000 RPM和环境温度22.5℃工况条件下,依据生热/换热源解析建模,建立了热-流-固耦合仿真模型,通过遗传算法优化生热/换热载荷,建立了高精度的仿真模型。通过提取仿真模型中关键点温度数据,进行了滚动轴承温升模型估算研究。最终建立了基于滚动轴承温升模型估算的电主轴单元热误差主动控制的方法,研究了不同控制点位下的结构温度变化以及末端线性热误差变化,为高档机床热误差抑制和消除提供了方法支撑。主要研究内容如下。首先,考虑了电主轴单元内部生热部件生热及与空气、循环冷却液对流换热,对电主轴进行了生热/换热源解析建模,进一步叙述了电主轴热-流-固耦合仿真建模方法,通过遗传算法对电主轴单元生热/换热源热载荷进行优化,建立了高精度的仿真模型,通过不同供液温度的仿真和实验验证了高精度仿真模型的准确性。其次,提取不同时刻电主轴单元热-流-固耦合仿真模型中关键点温度数据,建立了训练BP神经网络的电主轴关键点温度样本数据库,进行了基于BP神经网络的滚动轴承温升模型估算研究,通过遗传算法优化基于BP神经网络建立的电主轴滚动轴承温升估算模型的权值和阈值,提高了电主轴滚动轴承温升模型温度估算精度。再次,进行了电主轴单元热传导-温升-热误差产生过程分析,叙述了基于滚动轴承温升模型估算的电主轴热误差主动控制原理,提出了一种基于滚动轴承温升模型估算方法,采用模糊PID控制方式的电主轴热单元温度主动控制方法,在上位机中将电主轴滚动轴承温升模型估算的滚动体温度与电主轴单元温度主动控制方法进行结合,提出了一种基于滚动轴承温升模型估算的电主轴单元热误差主动控制方法。最后,将建立的基于滚动轴承温升模型估算的电主轴单元热误差主动控制用于实验验证,以实时估算的轴承滚动体为监测控制点位,对比实验以轴承外圈和电主轴单元外壳为监测控制点位,分别分析了实验工况下的热误差数据和电主轴单元关键点温升数据。实验表明,本文所建立的基于滚动轴承温升估算模型的电主轴热误差主动控制在减小电主轴单元末端热误差,稳定电主轴单元监测点位的温度方面更有效,为后续通过电主轴热误差主动控制来进行热误差消除、热平衡设计、以及提高电主轴热稳定性提供了理论支撑。