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主轴单元是数控机床的核心部件,其热误差直接影响工件表面加工质量。减小热误差最简单、最有效的方法就是对其进行补偿,而进行热误差补偿首先要获得主轴单元温度场及主轴刀尖热偏移。其中,主轴支撑轴承是主轴单元最核心的组件,其温度场分布,自身温升的变化直接与主轴热误差相关。目前用于主轴支撑轴承温度场测量的传感器大多是电类传感器,这些测量方法存在着诸如布线复杂、易受电磁干扰、稳定性差等缺点。光纤光栅温度传感器具有体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀等特点,特别是其光栅具有复用功能,能实现“一线多点”的分布式测量,因此本文基于光纤光栅温度传感器完成了主轴支撑轴承的温度场测量,探索了不同主轴转速、不同主轴轴向力及径向力下主轴支撑轴承温度场及主轴刀尖热偏移的影响规律。论文首先对主轴支撑轴承的功率损耗进行了详细计算,特别对主轴承载径向力情况下支撑轴承的自旋摩擦力矩进行了详细计算,基于ANSYS软件完成了主轴单元在不同工况下的温度场及热变形仿真,分析并得到了主轴转速、主轴轴向力以及主轴径向力对主轴单元特别是主轴支撑轴承的温度场影响规律,进而得到了转速以及轴向力和径向力对主轴刀尖热变形的影响规律,为下面章节的开展奠定了基础;其次,搭建了主轴单元实验平台,设计了基于光纤光栅分布式传感的主轴支撑轴承温度场监测系统,完成了主轴在不同转速及承载不同轴向力和径向力工况下主轴前后支撑轴承的温度场数据的采集,并将主轴单元达到稳态状态下的实验数据与仿真数据进行了对比,验证了主轴支撑轴承温度场的测量方法的可靠性与准确性;随后,介绍了基于激光位移传感器的主轴刀尖径向热误差的测量系统,利用激光位移传感器对主轴在不同主轴转速及承载不同轴向力和径向力情况下主轴刀尖径向热变形进行了测量,同时将测量结果与仿真结果进行了对比,验证了主轴转速及主轴轴向力和径向力对主轴刀尖热变形的影响规律;最后对本文的研究成果及问题做出了总结和展望。