高精密數(shù)控車床主軸動態(tài)分析

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1、高精密數(shù)控車床主軸動態(tài)分析學生姓名：劉云好指導教師：劉永賢教授2內(nèi)容提要引言課題研究的意義與價值國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀主要研究內(nèi)容及關鍵技術實驗條件與分析路線工作計劃3引言隨著生產(chǎn)和科技的高速發(fā)展，機械設備尤其是機床也日益向高速、高效、高精度和自動化的方向發(fā)展，隨之而來的是對機床動態(tài)性能越來越高的要求。在當今的數(shù)控機床設計與制造中，數(shù)控機床主軸組件的分析及檢測評估已經(jīng)變得越來越重要。引言高速主軸技術是實現(xiàn)高速精密加工最重要的單元技術。電動機內(nèi)裝式電主軸是該技術發(fā)展的核心。圖一車床用電主軸圖二鉆床用電主軸5引言與傳統(tǒng)技術相比，內(nèi)裝式電主軸

2、有以下優(yōu)點：借助于電源的變頻技術，可在主軸軸承允許的范圍內(nèi)，實現(xiàn)無級變速。省去機械轉動環(huán)節(jié)，振動噪聲降低，工作狀態(tài)平穩(wěn)?？蓪崿F(xiàn)專業(yè)化生產(chǎn)，促進專項產(chǎn)品質(zhì)量的提高。6課題研究的意義與價值國內(nèi)的機床設計多半屬于經(jīng)驗設計。機床結構的設計計算一直沿用一般的結構計算方法。這些計算公式的導出大多是依據(jù)強度方面的理論分析，并輔以試驗方法和測試技術的研究。這種傳統(tǒng)的方法，獲得的計算結果大多用于不同結構性能的定性分析和比較。而實際結構設計時仍取較大的安全系數(shù)，結果使結構尺寸和重量加大，不能很好的利用材料，機床結構性能難以提高。特別對于機床主軸部件

3、，只能依靠以往的經(jīng)驗進行局部修正，無法進行優(yōu)化設計。課題研究的意義與價值本課題依據(jù)成熟的建模和分析軟件，利用虛擬儀器搭建實驗平臺得到機床主軸部件性能數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對主軸的動態(tài)分析—評估—修正的循環(huán)過程，直到所有設計都滿足要求為止，真正實現(xiàn)機床的動態(tài)設計。7國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀8國外發(fā)展情況早在上世紀50年代，國外就已經(jīng)開始了對機床主軸的特性分析。經(jīng)過幾十年的完善，國外已經(jīng)從解析法、近似理論解法等經(jīng)典分析方法過渡到了利用計算機進行模擬分析的層次。而且分析對象，也已經(jīng)開始轉向更具發(fā)展空間的電主軸領域。國外電主軸單元的研究與生產(chǎn)更是百花齊放，如

4、瑞士的IBAG和FICHER，德國的GMN和HOFER等。與其相對應的軸承開發(fā)與生產(chǎn)也已經(jīng)迅猛發(fā)展起來。9國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)發(fā)展情況國內(nèi)在主軸分析方面起步較晚，直到上世紀90年代初才開始應用試驗模態(tài)與有限元相結合的方法進行特性分析。隨著國內(nèi)相關領域的不斷發(fā)展，也取得了一定的研究成果。但相比國外還存在一定的差距。我國在高速電主軸的整體制造技術上與國外還存在較大的差距。國內(nèi)較著名的生產(chǎn)企業(yè)是洛陽軸研科技。國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀圖三車床用電主軸圖四銑床用電主軸圖五磨床用電主軸圖六實驗用電主軸圖七鉆床用電主軸國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11表一國內(nèi)外數(shù)控機床

5、用電主軸參數(shù)表12主要研究內(nèi)容及關鍵技術機床主軸系統(tǒng)各主要部件的實驗平臺的建立。本論文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：(1）本文首先對主軸組件工作原理及結構特點進行分析研究，探討適合它的信息檢測及故障診斷方法；(2）研究加工中心主軸組件振動檢測與動態(tài)評估系統(tǒng)的構建方法，振動相關信息的收集方法；(3）設計了主軸組件的振動檢測實驗平臺，利用渦流傳感器、紅外傳感器、光電接收器等器件收集主軸組件的綜合信息，編寫數(shù)據(jù)分析軟件，對其進行一系列的數(shù)據(jù)綜合分析；(4）對主軸綜合評估技術進行了探討。13主要研究內(nèi)容及關鍵技術首先，搭建實驗平臺，為

6、了模擬主軸組件的工作環(huán)境，設計了振動檢測試驗臺，模擬主軸在實際情況下的空載工作狀態(tài)進行研究。將主軸組件安裝在試驗臺的主軸箱內(nèi)，主軸動力由同步帶輸入。主軸的振動等信息分別由兩個渦流探頭，紅外溫度探頭以及光電傳感器接收，經(jīng)過信號調(diào)理器綜合處理后，再由信號采集卡輸入到電腦中，由電腦對數(shù)據(jù)進行分析處理，將結果顯示出來。主要研究內(nèi)容及關鍵技術實驗平臺：主要研究內(nèi)容及關鍵技術主軸的溫度分析主軸組件振動分析主軸的轉數(shù)分析搭建實驗平臺析學習相關文獻分析相關理論紅外傳感器渦流傳感器光電傳感器數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)采集電腦輸出結果試驗流程主要研究內(nèi)容及關鍵技

7、術數(shù)據(jù)分析方法采用原始波形分析、頻譜分析方法、軸心軌跡圖和軸心位置圖等方法進行數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)處理方法采用各種濾波技術提高信號的信噪比，做到去偽存真、去蕪存菁。數(shù)據(jù)預處理通常采用以下方法和途徑：1、異常數(shù)據(jù)的剔除2、趨勢項的提取或去除程序的設計信號處理系統(tǒng)軟件主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲和回放三大模塊組成。其功能如下：1、數(shù)據(jù)采集模塊：負責信號處理系統(tǒng)的硬件控制及驅(qū)動；2、數(shù)據(jù)儲存和回放模塊：負責對信號數(shù)據(jù)進行管理；3、數(shù)據(jù)處理模塊：負責對波形進行顯示、分析等。主要研究內(nèi)容及關鍵技術主要研究內(nèi)容及關鍵技術關鍵技術一：數(shù)據(jù)的分

8、析。關鍵技術二：程序的設計。19實驗條件與分析路線序號設備名稱數(shù)量1精密數(shù)控機床主軸箱1臺2LC0120壓電加速度傳感器6個3信號調(diào)理器1個4數(shù)據(jù)采集卡1個5計算機2臺6渦流傳感器1個7紅外傳感器1個8光電接受器1個9數(shù)據(jù)連接線若干我校的圖書館藏有大量的圖書資料