第一篇：鉗工技師論文高速電主軸軸向熱伸長(zhǎng)及徑向振動(dòng)測(cè)試平臺(tái)搭建

省 技 師 職 務(wù) 申 請(qǐng)

評(píng) 審 論 文

論文題目：高速電主軸軸向熱伸長(zhǎng)及徑向振動(dòng)測(cè)試平臺(tái)搭建

姓

名：

單

位：

原技術(shù)工種名稱(chēng)：鉗 工 高 級(jí) 工

申 報(bào) 時(shí) 間：

省人力資源和社會(huì)保障廳制 【摘要】高速電主軸是高速數(shù)控機(jī)床中關(guān)鍵功能部件之一，在高速切削機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用，電主軸的軸向熱伸長(zhǎng)及徑向振動(dòng)直接影響主軸刀具的加工精度，穩(wěn)定性及加工范圍，如何測(cè)量電主軸的熱變形量及振動(dòng)量，對(duì)研究電主軸綜合加工能力有著十分重要的作用。

【關(guān)鍵詞】電主軸 熱伸長(zhǎng) 振動(dòng)

【前言】在數(shù)控機(jī)床加工行業(yè)，減少加工時(shí)間是提高生產(chǎn)效率的有效方法，數(shù)控機(jī)床的高速加工能力更能顯示機(jī)床的綜合性能，高速電主軸的性能直接決定了機(jī)床的高速加工能力，本文以高速電主軸軸向熱伸長(zhǎng)及徑向振動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的搭建為主要內(nèi)容，采用電渦流位移傳感器、紅外線溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和電腦計(jì)算機(jī)，利用VB6.0編程制作軟件，開(kāi)發(fā)高速電主軸綜合性能測(cè)試系統(tǒng)。

一、電主軸概述

電主軸是高速數(shù)控機(jī)床的核心部件，它采用無(wú)外殼電動(dòng)機(jī)，將帶有冷卻套的電動(dòng)機(jī)定子裝配在主軸殼體內(nèi)，轉(zhuǎn)子和機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)部件做成一體，主軸的變速通過(guò)變頻器控制，電主軸具有結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)快、轉(zhuǎn)速高、功率大等優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)，隨著主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的提高也會(huì)引來(lái)一些負(fù)面影響，如主軸發(fā)熱、振動(dòng)問(wèn)題，也是造成主軸損壞的重要因素，也是影響加工精度的重要原因，電主軸基本結(jié)構(gòu)圖如圖1-1。

圖1-1 電主軸基本結(jié)構(gòu)圖

二、高速電主軸的熱源及振動(dòng)分析

1、高速電主軸的熱源分析

高速電主軸是高速機(jī)床的核心部件，同時(shí)也是機(jī)床的主要熱源，電主軸中電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和軸承的摩擦發(fā)熱是不可避免的，由此引起的熱變形嚴(yán)重地影響機(jī)床的加工精度，因此，對(duì)電主軸的熱特性進(jìn)行分析也是必要的，本文將利用高精度電渦流位移傳感器及紅外線溫度傳感器對(duì)高速電主軸的軸向熱伸長(zhǎng)進(jìn)行非接觸測(cè)量。

2、高速電主軸振動(dòng)的分析

機(jī)械振動(dòng)是指物體在某一中心位置兩側(cè)所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)振動(dòng)。

機(jī)床的振動(dòng)大小對(duì)機(jī)械加工的精度、工件的表面質(zhì)量、機(jī)床的有效壽命等有著不可小視的影響，影響機(jī)床振動(dòng)的因素很多，如床身加工精度、導(dǎo)軌的加工精度、機(jī)床主軸的自身振動(dòng)、數(shù)控系統(tǒng)的控制精度等等，其中電主軸的振動(dòng)大小是影響機(jī)床系統(tǒng)振動(dòng)的主要原因之一，同時(shí)也是衡量電主軸動(dòng)態(tài)性能好壞最直接的指標(biāo)。電主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由偏心質(zhì)量產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)是軸系振動(dòng)的主要成分之一，任何微小的不平衡質(zhì)量將引起電主軸不同程度的機(jī)械振動(dòng)，因此，電主軸的轉(zhuǎn)軸必須進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)平衡，對(duì)主軸進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)顯得非常重要，因此，本文將利用高精度電渦流位移傳感器對(duì)高速電主軸的徑向振動(dòng)量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。

三、高速電主軸軸向熱伸長(zhǎng)及徑向振動(dòng)測(cè)試平臺(tái)搭建

1、平臺(tái)說(shuō)明

測(cè)試平臺(tái)采用平整工作臺(tái)支架支承，并使用25mm鋼板作主軸安裝底板，以增加剛性，主軸由前后等高V型塊支承，再用壓緊塊壓緊，構(gòu)成主軸安裝夾具，確保主軸安裝牢固及高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性，電主軸使用變頻器控制，并采用油冷機(jī)對(duì)主軸發(fā)熱進(jìn)行冷卻控溫，主軸熱伸長(zhǎng)及振動(dòng)量通過(guò)傳感器檢測(cè)，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡收集數(shù)據(jù)，再由測(cè)試軟件計(jì)算后在電腦顯示及保存。裝配效果如圖3-1。

圖3-1 測(cè)試平臺(tái)裝配效果圖

1油冷機(jī) 2變頻器 3、4、12電渦流位移傳感器 5、15計(jì)算機(jī) 6電主軸 7主軸壓緊塊 8主軸支架 9數(shù)據(jù)采集卡 10紅外線溫度傳感器 11、13傳感器支架 14平臺(tái)支架

2、測(cè)試系統(tǒng)軟件

測(cè)試系統(tǒng)軟件在軟件科馮先生悉心指導(dǎo)下完成，軟件通過(guò)Visual Basic 6.0進(jìn)行編寫(xiě)，實(shí)用性強(qiáng)、可靠性高，軟件可設(shè)置采樣間隔和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)單通道、雙通道及四通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)電主軸進(jìn)行全方位監(jiān)控，還可對(duì)檢測(cè)結(jié)果保存及打印。四通道數(shù)據(jù)采集界面如圖3-2。

圖3-2 四通道數(shù)據(jù)采集界面

四、高速電主軸軸向熱伸長(zhǎng)及徑向振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)

1、高速電主軸軸向熱伸長(zhǎng)測(cè)試

采用紅外線溫度傳感器和電渦流位移傳感器各一個(gè)，安裝位置如圖4-1。電主軸采用變頻器控制，可設(shè)置規(guī)定轉(zhuǎn)速和運(yùn)行時(shí)間，紅外線溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄轉(zhuǎn)軸的溫度變化，電渦流位移傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)軸隨轉(zhuǎn)速、運(yùn)行時(shí)間和溫度的變化所產(chǎn)生的位移量。

圖4-1探頭安裝位置---軸向熱伸長(zhǎng)

2、高速電主軸徑向振動(dòng)測(cè)試

采用電渦流位移傳感器2個(gè)，探頭安裝位置如圖4-2。電主軸采用變頻器控制，可設(shè)置轉(zhuǎn)速和運(yùn)行時(shí)間，X、Y軸方向探頭分別實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)X、Y方向振動(dòng)位移量。

圖4-2探頭安裝位置---徑向振動(dòng) 【結(jié)束語(yǔ)】電主軸是高速數(shù)控機(jī)床中的關(guān)鍵功能部件之一，在高速切削機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用，它的性能直接決定了機(jī)床的高速加工性能，為提高零件的加工精度和表面質(zhì)量以及生產(chǎn)率提供了保證。

本系統(tǒng)主要用于監(jiān)控高速電主軸的工作參數(shù)，用戶(hù)可根據(jù)電主軸的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)了解電主軸的當(dāng)前工作狀況，并根據(jù)參數(shù)的變化改變相應(yīng)的控制，以提高工作效率，減少故障的產(chǎn)生。采用紅外線溫度傳感器、電渦流位移傳感器對(duì)高速電主軸的軸端溫度、軸向熱伸長(zhǎng)和徑向振動(dòng)（X、Y雙向）四個(gè)參量進(jìn)行了非接觸實(shí)時(shí)測(cè)量。

本系統(tǒng)為基本實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用戶(hù)還可以整合相關(guān)的電主軸控制策略，根據(jù)各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變化，對(duì)電主軸進(jìn)行自動(dòng)適應(yīng)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)電主軸的智能化監(jiān)測(cè)與控制，以上構(gòu)想還有待進(jìn)一步研究。

【致謝】感謝廣東科杰機(jī)械自動(dòng)化有限公司提供的資源幫助，感謝對(duì)本測(cè)試系統(tǒng)軟件提供專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)及制作的軟件科馮寧先生，對(duì)關(guān)心和提供指導(dǎo)的各位同事，朋友表示衷心的感謝！

【參考文獻(xiàn)】數(shù)字化手冊(cè)編委會(huì) 編 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（軟件版）V3.0 機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/T 10801.2-2007 加工中心用電主軸 技術(shù)條件 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 11348.1-1999 旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動(dòng)的測(cè)量和評(píng)定 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 17421.3-2009 機(jī)床檢驗(yàn)通則 熱效應(yīng)的確定 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 16768-1997 金屬切削機(jī)床 振動(dòng)測(cè)量方法 上海歐丹儀器電子有限公司產(chǎn)品說(shuō)明書(shū) 北京啊爾泰科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)