电主轴故障诊断

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1、电主轴故障诊断鲁豫鑫11721167导师李松生主轴发热严重主轴工作时振动噪声过大主轴高速旋转时发热严重电主轴单元的内部有两个主要热源：1主轴轴承当前高速电主轴，大多数采用角接触陶瓷球轴承。合理的预紧力，良好而充分的润滑是保证主轴正常运转的必要条件。2内藏式主电动机电主轴单元最凸出的问题是内藏式主电动机的发热。主要的解决方法是采用循环冷却结构。陶瓷球轴承陶瓷球轴承采用氮化硅陶瓷制成。密度小，硬度高，耐高温，不导电，不导磁，热导率低。分为混合式陶瓷球轴承(HybridCeramicBallBearing)和全陶瓷球轴承(All–ceramicBallBearing)润滑方式脂润滑：粘度

2、太大，而且没有冷却作用油雾润滑：高速性能好、润滑可靠、压缩空气冷却轴承；供油量无法精确控制，供油过量，搅油发热严重，排出的废气中含油量较多油气润滑：供油量可调、能够实现微量最佳润滑、污染小。油-气润滑按照实际需要，定时、定量地供给油-气混合物。微小油滴在滚动体和内外滚道间形成弹性动压油膜，压缩空气带走轴承产生的热量。润滑方式和供气量对轴承温度的影响减少内置电机的发热为提高电主轴的效率,减小损耗,在电磁设计上可以采取如下的特殊措施:(1)选择较低的气隙磁密。(2)定子选择较高的电流密度,转子选择较低的电流密度。(3)转子采用闭口槽,可有效降低电机的附加损耗。(4)定子采用较宽槽口的

3、半闭口槽,以减小槽漏抗,提高运行特性的硬度及过载能力。电主轴测温旋转的电主轴轴心（温度最高）非接触式测量接触式测量电主轴冷却方法目前的解决方法是采用循环冷却结构，分外循环和内循环两种，冷却介质可以是水或油。电主轴运转时的温度一般大于20°小于40°。主轴工作时振动噪声过大主轴部件动平衡不良，使主轴回转时振动过大，引起工作噪声。主轴支承轴承选用不当或损坏，使主轴回转间隙过大，回转时冲击、振动过大，引起工作噪声。电主轴的动平衡遵循对称性设计（主轴与转子需用过盈配合）转子硅钢片留加工余量电动机转子的端盖上留螺纹孔装配后对电主轴进行整体精确动平衡主轴振动监控系统在电主轴壳体中前轴承附近安装

4、一个加速度传感器，工作过程中产生的振动可以以加速度值变化的形式进行监测和分析。高速电主轴在线动平衡装置出现超标不平衡振动时，由非接触式电涡流传感器12接收振动信号，由光纤传感器20、21分别测量主轴转速和振动相位。这三路电信号经A/D转换后进入单片微机控制系统4，得出精确的不平衡量大小及相位；得到的不平衡量和影响系数输入程序中，计算平衡块矢量，确定最佳相位角。信号转换和PWM(脉冲宽度调制)后，控制驱动电路驱动平衡头13工作。电主轴装不同轴承时前端振动幅值谱主轴轴承的破坏钢套圈和陶瓷球的疲劳破坏实际运用表明，高速轻载条件下，陶瓷球轴承的破坏主要是钢套圈（外围滚道）的接触疲劳剥落。影

5、响寿命的因素滚动体的离心力材料本身的弹性模量主曲率和轴承的振动与损坏内置电机的振动电机振动原因电磁方面原因电源故障：三相电压不平衡，不稳定。定子故障：定子铁心变形、松动，绕组断线、接地击穿、匝间短路、接线错误。转子故障：转子铁心变椭圆、偏心、松动。机械方面原因电机本身故障：转子不平衡、转轴弯曲、滑环变形、定转子气隙不匀、定转子中心不一致。振动噪声解决措施筛选及更换更好的轴承;检查修正定子和转子的同轴度;检查修正壳体、前后轴承座以及轴承隔圈等零件的精度;检查修正主轴的圆跳动；增加预紧力;对电主轴重新装配并进行动平衡;国外电主轴技术现状国外电主轴最早用于内圆磨床，上世纪80年代，随着数

6、控机床和高速切削技术的发展和需要，逐渐将电主轴技术应用于加工中心、数控铣床等高档数控机床，成为近年来机床技术所取得的重大成就之一。瑞士Mikron公司，生产的机床配备了最高达1000r/s的高速电主轴。瑞士Fischer公司，推出了配有在线自动动平衡装置的电主轴部件，可在一秒钟内消除80％-99％的由动平衡引起的振动。永磁同步电动机的电主轴问世，其转子为永久磁铁，不发热，解决了内装式电动机散热不良的问题。近年来我国数控机床用电主轴技术发展很快，但在水平、种类和质量方面与国外还存在很大差距：①大功率、高转速方面。②电主轴支承方面。国外高速精密主轴上采用高速、高刚度轴承，主要有陶瓷轴承

7、和液体动静压轴承，特殊场合采用空气润滑轴承和磁悬浮轴承。③精密加工与精密装配工艺方面。④配套控制系统方面。包括转子自动平衡系统、轴承油气润滑与精密控制系统、定转子冷却温度控制系统、主轴变形温度补偿精密控制系统等。参考文献[1]冯金冰.数控磨床电主轴故障诊断与分析.制造技术与机床,2011,04:111-113[2]李松生,张钢,陈晓阳,杨柳欣.超高速电主轴轴承的润滑条件分析.润滑与密封,2005,05(171):162-165[3]李立毅,崔淑梅,宋凯,程树康.高频电