高精密数控车床主轴动态分析

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1、高精密数控车床主轴动态分析学生姓名：刘云好指导教师：刘永贤教授2内容提要引言课题研究的意义与价值国内外发展现状主要研究内容及关键技术实验条件与分析路线工作计划3引言随着生产和科技的高速发展，机械设备尤其是机床也日益向高速、高效、高精度和自动化的方向发展，随之而来的是对机床动态性能越来越高的要求。在当今的数控机床设计与制造中，数控机床主轴组件的分析及检测评估已经变得越来越重要。引言高速主轴技术是实现高速精密加工最重要的单元技术。电动机内装式电主轴是该技术发展的核心。图一车床用电主轴图二钻床用电主轴5引言与传统技术相比，内装式电主轴

2、有以下优点：借助于电源的变频技术，可在主轴轴承允许的范围内，实现无级变速。省去机械转动环节，振动噪声降低，工作状态平稳。可实现专业化生产，促进专项产品质量的提高。6课题研究的意义与价值国内的机床设计多半属于经验设计。机床结构的设计计算一直沿用一般的结构计算方法。这些计算公式的导出大多是依据强度方面的理论分析，并辅以试验方法和测试技术的研究。这种传统的方法，获得的计算结果大多用于不同结构性能的定性分析和比较。而实际结构设计时仍取较大的安全系数，结果使结构尺寸和重量加大，不能很好的利用材料，机床结构性能难以提高。特别对于机床主轴部件

3、，只能依靠以往的经验进行局部修正，无法进行优化设计。课题研究的意义与价值本课题依据成熟的建模和分析软件，利用虚拟仪器搭建实验平台得到机床主轴部件性能数据，实现对主轴的动态分析—评估—修正的循环过程，直到所有设计都满足要求为止，真正实现机床的动态设计。7国内外发展现状8国外发展情况早在上世纪50年代，国外就已经开始了对机床主轴的特性分析。经过几十年的完善，国外已经从解析法、近似理论解法等经典分析方法过渡到了利用计算机进行模拟分析的层次。而且分析对象，也已经开始转向更具发展空间的电主轴领域。国外电主轴单元的研究与生产更是百花齐放，如

4、瑞士的IBAG和FICHER，德国的GMN和HOFER等。与其相对应的轴承开发与生产也已经迅猛发展起来。9国内外发展现状国内发展情况国内在主轴分析方面起步较晚，直到上世纪90年代初才开始应用试验模态与有限元相结合的方法进行特性分析。随着国内相关领域的不断发展，也取得了一定的研究成果。但相比国外还存在一定的差距。我国在高速电主轴的整体制造技术上与国外还存在较大的差距。国内较著名的生产企业是洛阳轴研科技。国内外发展现状图三车床用电主轴图四铣床用电主轴图五磨床用电主轴图六实验用电主轴图七钻床用电主轴国内外发展现状11表一国内外数控机床

5、用电主轴参数表12主要研究内容及关键技术机床主轴系统各主要部件的实验平台的建立。本论文的主要研究内容包括以下几个方面：(1）本文首先对主轴组件工作原理及结构特点进行分析研究，探讨适合它的信息检测及故障诊断方法；(2）研究加工中心主轴组件振动检测与动态评估系统的构建方法，振动相关信息的收集方法；(3）设计了主轴组件的振动检测实验平台，利用涡流传感器、红外传感器、光电接收器等器件收集主轴组件的综合信息，编写数据分析软件，对其进行一系列的数据综合分析；(4）对主轴综合评估技术进行了探讨。13主要研究内容及关键技术首先，搭建实验平台，为

6、了模拟主轴组件的工作环境，设计了振动检测试验台，模拟主轴在实际情况下的空载工作状态进行研究。将主轴组件安装在试验台的主轴箱内，主轴动力由同步带输入。主轴的振动等信息分别由两个涡流探头，红外温度探头以及光电传感器接收，经过信号调理器综合处理后，再由信号采集卡输入到电脑中，由电脑对数据进行分析处理，将结果显示出来。主要研究内容及关键技术实验平台：主要研究内容及关键技术主轴的温度分析主轴组件振动分析主轴的转数分析搭建实验平台析学习相关文献分析相关理论红外传感器涡流传感器光电传感器数据分析数据采集电脑输出结果试验流程主要研究内容及关键技

7、术数据分析方法采用原始波形分析、频谱分析方法、轴心轨迹图和轴心位置图等方法进行数据分析。数据处理方法采用各种滤波技术提高信号的信噪比，做到去伪存真、去芜存菁。数据预处理通常采用以下方法和途径：1、异常数据的剔除2、趋势项的提取或去除程序的设计信号处理系统软件主要由数据采集、数据处理、数据存储和回放三大模块组成。其功能如下：1、数据采集模块：负责信号处理系统的硬件控制及驱动；2、数据储存和回放模块：负责对信号数据进行管理；3、数据处理模块：负责对波形进行显示、分析等。主要研究内容及关键技术主要研究内容及关键技术关键技术一：数据的分

8、析。关键技术二：程序的设计。19实验条件与分析路线序号设备名称数量1精密数控机床主轴箱1台2LC0120压电加速度传感器6个3信号调理器1个4数据采集卡1个5计算机2台6涡流传感器1个7红外传感器1个8光电接受器1个9数据连接线若干我校的图书馆藏有大量的图书资料