精密制造与自动化2022年第4期20高速内圆磨削电主轴动态性能试验及分析宋治中（上海机床厂有限公司上海200093）摘要针对内圆磨削电主轴高转速高精度低温升的需求，设计了一款高速内圆磨削电主轴，通过建立考虑轴承圆度误差与谐波次数的电主轴有限元模型计算电主轴动态精度与动态特性，确定最佳轴承预紧力与轴承跨距。采用局部法计算轴承损耗发热，基于移动热源法结合有限元方法建立高速球轴承的热分析模型，分析了轴承在预紧条件下的轴承温升，验证了轴承预紧力的正确性。最后通过轴承振动试验验证了电主轴动态热态性能模型的可靠性。关键词内圆磨削电主轴动态性能热态性能振动试验1引言内圆磨削电主轴是高精密复合磨床的重要功能部件之一，其性能直接影响了磨削砂轮的正常、稳定和可靠的加工工作，在其高精度回转状态下才能实现内孔高精度的磨削。李彦等[1]介绍了主轴回转精度测量方法。么曼实、丁浩等[2-3]研究了主轴在运转情况下的动态回转精度的测量，并分析了其影响因素。其中，轴承的预紧力对电主轴动态回转精度起着关键作用，Hossain[4]研究了轴承预紧力对轴承接触状态及电主轴回转性能的影响。崔立[5]研究了基于预紧轴承动刚度的高速电主轴动特性分析，发现随轴承预紧力的增大，电主轴的刚度及回转精度先提高后逐渐趋于稳定。当预紧力过大时，轴承温升会逐渐升高[6]。He等人[7]考虑热力耦合效应，建立了不同预紧力和转速下角接触球轴承的温升、轴向刚度计算模型，建立了基于效率系数法的轴承预紧力优化模型，优化后的预紧力既能保证轴承的刚度和寿命，又能满足不同转速下温升变化小的要求。以上的研究考虑轴承结构参数计算了轴承预紧力对主轴刚度及温升的影响，但未考虑轴承滚道表面参数计算电主轴动态精度及温升。对于高速高精度的电主轴，需考虑轴承滚道表面波纹度、圆度误差等建立电主轴动态精度及温度计算有限元模型，从而确定轴承最佳预紧力及轴承跨距等参数。本文建立了考虑轴承圆度误差与谐波次数的电主轴有限元模型，对电主轴动态热态性能进行了分析，并通过试验验证了模型的可靠性。2内圆磨削电主轴结构设计设计要求：最高转速42000r/min、径向刚度大于130N/μm、电主轴径向跳动精度：1.5μm、轴承外圈温升低于15℃。图1为设计的高速内圆磨削电主轴结构，主要由套筒、水冷套、定子、转子、轴承法兰、陶瓷滚动轴承、主轴构成。最高转速为42000r/min，在主轴靠近受磨削力前端安装两个P2级陶瓷球轴承7008AC，其装配形式为DT型；在主轴...
