随着对零件加工精度的要求不断提高,机械主轴作为数控机床重要的组成部分,其性能的好坏直接影响工件的加工精度,由于加工过程中会产生大量的热量,这些热量会导致机械主轴在横向和纵向发生不同程度的伸缩,深深影响着加工精度,因此,近年来数控机床机械主轴的热变形越来越受到人们的重视,它已成为影响高速机床性能的主要因素之一。要研究热变形首先要确定其温度场。由于主轴的结构以及变温条件的复杂性,很难依靠传统的解析方法确定精确的温度场。对流换热系数作为温度模型的重要参数,其值的大小反映了主轴零部件表面与空气对流换热的强度,对机械主轴温度场分析的准确性有着至关重要的影响。但依靠传统的经验公式确定对流换热系数的方法具有计算精度差,不能适应变化的工况等问题。为了解决上述问题,提高机械主轴温度模型的精度,本文以170CP06-DM机械主轴性能测试系统为例,研究内容如下:1.对机械主轴进行工艺分析,确定其热源及热量传递方式,对机械主轴加工过程中的热特性进行分析,确定其初始条件及边界条件,通过热特性分析我们可以知道,对流换热系数作为主轴温度场分析中的关键参数,对机械主轴温度场分析的准确性有着至关重要的影响,所以确定准确的对流换热系数是建立精确的机械主轴温度模型的关键。2.从热力学第一定律与傅里叶定律出发,建立了机械主轴温度场的机理模型。由于该模型是多变量的导热微分方程,难以直接求解,而有限元具有计算精度高,适应于任何复杂结构等特点,因此本文采用有限元法求解机械主轴的瞬态温度机理模型3.提出基于人工蜂群算法的机械主轴对流换热系数优化辨识方法。作为关键边界条件的对流换热系数,不仅随工况的变化而发生改变,且受流体的流速和温度、换热边界的形状、部位、边界与流体之间的温差等多种因素的影响,其影响因素是多变量、耦合且非线性的,没有精确的数学模型可以描述,因此本文首先根据主轴对流换热表面的不同位置,将对流换热系数进行分类。针对依靠传统的经验公式确定对流换热系数的方法不能适应于变化工况问题,将人工蜂群算法应用于对流换热系数的求解过程中,提出基于人工蜂群算法的机械主轴对流换热系数优化辨识方法,确定在不同工况条件下的不同对流换热系数。4.实验研究。借助沈阳建筑大学高档石材数控加工装备与技术国家地方联合工程实验室平台中的170CP06-DM机械主轴性能测试系统,分别测试不同载荷、不同转速下的温升情况,采集了大量的实验数据,对本文提出的方法进行了实验研究。实验结果表明,利用本文提出的方法,无论是空载还是加载工况下,无论是高速还是低速转速工况下,均可以寻到适合的对流换热系数,最终使仿真的温度值接近实际温度值,提高了机械主轴温度模型的准确性。