五轴加工中心BT50皮带主轴分析

　　文章简介：BT50皮带轴是五轴加工中心核心部件，本文主要研究分析对主轴以及轴承进行瞬态、稳态热分析，了解主轴整体的温度分布情况。通过分析皮带轴内部结构、主轴稳态热分析得出设计合理的皮带轴。

       皮带轴是五轴加工中心关键部件之一，皮带轴工作时，主轴内部热源主要由轴承的高速旋转摩擦产生热量，主轴各个部分会产生不同程度的温度变化。当温度上升后，主轴和机床其他部件的空间相对位置和尺寸都将与开机前有所不同，因而形成不同的温度场，产生热交换，如不及时对主轴系统进行冷却，必将对精密部件产生不同程度的热变形，导致加工误差。尤其是高速主轴，热变形引起的误差尤为突出。
　　
　　目前国内外主要研究为电主轴，而高速皮带轴较少。本文以高速五轴加工中心皮带轴为研究对象，使设计者可以根据发热量计算预测皮带轴的温升，为五轴加工中心皮带轴优化设计奠定基础。
　　
　　1、皮带轴内部结构
　　
　　本文五轴加工中心皮带轴简介：主轴用于立式五轴加工中心，主轴锥孔为BT50，主轴拉刀为四瓣爪式拉紧，拉刀力为13000+1000N，主轴转速4500rpm，前轴承为4套NSK-7017C/P4角接触轴承预压负荷为1100N，后轴承为2套NSK-7015 C/P4角接触轴承预压负荷为700N，碟簧为90片，三片叠合后再对合，预压11mm，带刀打刀行程8mm，空刀打刀行程11mm，轴承内填NBU15润滑脂，循环水冷。图1是试验用五轴加工中心皮带轴剖面图。
　　 　　
　　2、主轴稳态热分析时结果分析
　　
　　电主轴的稳态热分析在以下条件下进行:
　　
　　(1)环境温度为T=25℃ ;
　　
　　(2)电主轴转速为n =4500r/rnino
　　
　　将计算所得的热量，初始边界条件和接触热阻加载到轴系三维模型上，得到五轴加工中心皮带轴轴系的稳态温度场分布情况，如图6所示。
　　 　　
　　从图6可得出:整个轴系中，前、后轴承温度高于整个主轴的温度前轴承*高温度为318. 2K，即45℃，后轴承*高温度为316. 5 K，即43.4℃，前后轴承*高温度都在的工作温度范围内，两者相对环境温度(25℃)的温升分别为20℃和18.4℃ ,温升小于25℃符合国标。该五轴加工中心皮带轴山于采用的是脂润滑，轴承高速旋转时产生摩擦，进而转换为热址,而轴承本身由密封圈封闭空间*小，无法与周围空
　　
　　气直接接触对流，主要传热方式以辐射传热和循环冷却水为主，因此轴承处的温度也比较高。又因为轴承外圈有循环水能带走热量，所以轴承产生*高温度的部位在内圈处。而前轴承由于承受较大的磨削力，故而它的温升略高于后轴承。
　　
　　由*高转速轴系温度场分布图可知，前后轴承的温升符合国标要求，且前后轴承的温差较小，不容易造成轴承不同的径向跳动，可以稳定的保持主轴单元的精度，因此该五轴加工中心皮带轴设计合理。