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数控机床加工过程中受内外热源的影响，各部件温升并不一致，使各部位产生不同的热应力，从而导致机床发生热变形，影响机床的加工精度。研究表明，热误差已经成为影响高精密机床加工精度的主要因素，大约占总误差的40％~70％。而直驱式A轴摆动头(以下简称摆动头)作为机匣五轴联动加工中心的核心功能部件，其精度的保持性对工件的加工精度有直接影响。杭州那泰有限元分析公司分析的摆动头 A轴采取双力矩电机串联驱动，能实现A轴-60°~+90°的摆动范围，电主轴的最高转速为8000r/min。其内置式电机和轴承被封闭在摆动头箱体之内，电机的功率损耗发热和轴承的摩擦发热不易排出，直接导致主轴温度升高，造成主轴不均匀的热变形，对机床的加工精度产生直接影响。摆动头的热特性分析能够为机匣五轴联动加工中心的整体设计优化及误差控制提供理论依据，对提高机匣的加工精度有重要的意义。
摆动头的结构图，其中主要发热部件有：轴承、电机定子和转子。由于主轴电机和A轴力矩电机都是内置电机，散热条件不好，因此对这些热源进行理论计算与有限元分析仿真。
电动机定子和转子的发热来源于电动机的损耗。电动机的损耗一般分为四类：机械损耗、电损耗、磁损耗和附加损耗，前三类损耗为主要损耗，附加损耗在总的损耗中所占的比例很小，约为额定功率的1％~5％。本文按电机的额定功率损耗全部转化为热量来计算，其中2/3由定子产生，1/3由转子产生。据此求出定子和转子的生热率。
轴承工作时滚动体和滚道、保持架、润滑剂之间都会产生摩擦，这些摩擦以发热的形式将能量耗散出去，通过计算轴承的摩擦力矩得出发热量。对流是指由于流体的宏观运动，使流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程，对流换热系数是指流体与固体表面之间的换热能力。摆动头的散热主要是冷却水套和定子之间的对流换热及各零件表面与空气之间的对流换热。
电机定子外的冷却套采用矩形截面的螺旋槽。通过冷却剂和定子壳体之间的对流换热来控制定子温度的升高，这里的对流换热属于管内流体强迫对流换热。螺旋矩形槽可展开成截面为矩形的等效管路。摆动头壳体与周围空气之间的传热方式属于自然对流换热，同时也与其他物体进行辐射传热。定子和转子气隙间的温度场取决于其所散发出的热量以及流体运动和热交换的条件。当定子和转子气隙有层流底层的紊流状态时。
摆动头的结构比较复杂，在进行热分析之前对其模型进行简化处理，如去掉螺栓孔、倒角、内部冷却水槽等，然后导入Ansys Workbench进行网格划分，得到摆动头的有限元模型。
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