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热误差是影响数控加工中心加工精度的主要因素,主轴是数控加工中心的最大热源,其产生热误差的大小会直接影响整台数控加工中心的加工精度。因此,研究主轴热力学特征,分析其对加工误差的影响,对提高数控加工中心的加工精度具有重要意义。本文以数控加工中心的机械主轴和高速电主轴为研究对象,借助于ANSYS的Workbench平台,利用有限元方法,研究了数控加工中心中两类主轴的热特性,分析了主轴温度场分布和热变形随加工工艺参数的变化规律,取得如下研究成果。(1)分析了数控加工中心的电主轴和机械主轴结构特点,利用ANSYS的Workbench平台,建立主轴的三维几何模型。依据两类主轴传动部件结构功能,确定了主轴工作过程中热源,并给出了局部热流量与主轴工作参数的关系。根据主轴设计结构、冷却方式和工作环境特点,确定了主轴的部件传热系数及热传递边界条件。(2)对两类主轴工作过程进行了稳态热分析和瞬态热分析,得出主轴部件的温度场分布特征及随时间的变化规律。依据主轴转速与轴承当量载荷及生热热流密度的关系,分析了主轴转速对主轴部件温度场分布的影响,结果表明：对于机械主轴,其最高温度出现在主轴的前滚动轴承处,后滚动轴承温度远低于前滚动轴承的温度,但壳体外表面温度基本均匀,主轴各部稳态温度均随着转速的增大而升高,当转速为不超过转速5000r/min时,轴承的温升不会超过200C,但随主轴转速增大的增加,主轴部件温度分布趋于稳定的时间越短；对于电主轴,其最高温度出现在主轴的内置电机处的转子处,前滚动轴承温度处略低于电机转子的温度,而壳体的温度也差异较小,电主轴的各零部件温升都随着转速的增大而增大,当转速达到15000r/min,最高温度点温升达50℃,前滚动轴承的最大温升达40℃。(3)通过对两类主轴的稳态和瞬态热分析,研究了主轴部件的热变特性。对于机械主轴,前端轴套及箱体对应连接处的轴向和径向热变形较大,但对应箱体连接处的轴向热变形最大,前轴套的径向热变形最大,而主轴体变形较小；对于电主轴,前端悬伸端、前滚动轴承和箱体对应连接外的轴向和径向热变形较大,但悬伸端的轴向热变形最大,箱体对应连接处的径向热变形最大,前滚动轴承轴向和径向热变形略小。(4)研究了轴承预紧力、背吃刀量、进给量和切削热对主轴温度分布的影响规律,结果表明：轴承预紧力是影响主轴温升的重要因素,滚动轴承温升随预紧力增大而升高,尤其预紧力大于一定值时,滚动轴承温升将大幅度提高：但背吃刀量、进给量及切削热对主轴组件温升影响很小,可以忽略。