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制造才

直驱机床主轴箱仿叶脉结构热态性能分析

朱立志于爱兵王家炜汪子龙？刘永荣

1.宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211

2.宁波德凯数控机床有限公司浙江宁波315412

摘要：为提高直驱机床主轴箱的热态性能，改善电主轴发热问题，基于莲叶桐叶片结构和叶片上

叶脉分布规律，设计了主轴箱仿叶脉结构。对主轴箱热态性能进行对比分析，结果表明，在相同边界条

件下，主轴箱仿叶脉结构具有更好的热态性能，x、y、Z

平衡状态时间缩短13.3%，最大温升减小3.4%。所采用的仿叶脉结构设计方法可以为直驱机床关键

部件传热结构的设计提供新思路。

关键词：直驱机床主轴箱结构热态性能

中图分类号：TG502.31文献标志码：A

Abstract:Inordertoimprovethethermalperformanceofthespindleboxofthedirectdrivemachinetool

andimprovetheheatingproblemoftheelectricspindle,theimitationleafveinstructureofthespindleboxwas

designedbasedontheleafstructureofthelotusleafandthedistributionoftheleafveinsontheleaf.The

thermalperformanceofthespindleboxwascomparedandanalyzed.Theresultshowsthatunderthesame

boundarycondition,theimitationleafveinstructureofthespindleboxhasbetterthermalperformance,andthe

thermaldeformationintheX,Y,andZdirectionsisreducedby8.5%,8.4%,and4.3%respectively,the

timetoreachthethermalequilibriumstateisshortenedby13.3%,andthemaximumtemperatureriseis

reducedby3.4%.Thedesignmethodoftheimitationleafveinstructurecanprovidenewideaforthedesignof

heattransferstructureofkeycomponentofthedirectdrivemachinetool.

Keywords:DirectDriveMachineToolSpindleBoxStructureThermalPerformance

箱的热态性能，有效减小电主轴热误差的影响。Mori

1研究背景

等[5]结合正交试验法和有限元分析技术，提出一种主

直驱机床具有高精度、高速度、高效率、响应快等轴箱尺寸设计方法，可以减小主轴位置中心的热变形。

特点，广泛应用于汽车工业、医疗器械、航天航空等高上述研究在一定程度上改善了主轴箱的热态性能。随

精密加工领域。电主轴是直驱机床的关键部件。电着国内直驱机床的更新换代，电主轴功率越来越大，发

主轴具有高转速、高功率特性，电主轴发热会影响直驱热量也随之增大，主轴箱受到的热力耦合载荷越来越

机床的加工精度、稳定性和系统可靠性，是制约直驱机大，传统的结构设计方法已经很难满足实际需求。近

几年，