高速加工能大大地提高生产率和降低生产成本,是一项非常有前景的先进制造技术。高速机床是实现高速加工的首要条件。高速电主轴是高速机床的核心部件,在高速机床的研究和发展中有重要的意义。与传统的传动方式相比,高速电主轴使用内装式电机,取消了诸如齿轮、皮带等中间传动环节,实现了机床的“零传动”。 在高速机床中,电主轴单元各零件的刚度和精度都比较高,工作负荷却不大,电主轴因切削力引起的加工误差比较小。然而,由于内装式电机的损耗发热和轴承的摩擦发热,使得高速电主轴的发热量很大,高速机床由此产生的热变形造成的加工误差达到零件总加工误差的60％～80％,大大地降低了高速机床的加工精度。迄今为止,人们对高速电主轴的热态特性仍缺乏足够的认识,因此极大地限制了高速电主轴的有效应用。高速电主轴在高速下会因热的原因而在瞬间出现故障,甚至连警报信号都来不及发出。因此必须对高速电主轴的热态特性进行分析,以降低电主轴的温升,减小电主轴的热变形。 本文首先介绍了高速电主轴基本结构和工作原理,分析了高速电主轴的热态特性,并对油-水热交换冷却系统和油-气润滑系统的散热特性进行分析,在此基础上建立了高速电主轴热态特性的有限元模型,用大型有限元软件ANSYS分析了电主轴的稳态、瞬态温度场和热变形,最后提出了改进高速电主轴热态特性的主要措施。