超精密车床主轴高精度现场动平衡技术研究

发布时间：2017-04-27 06:01

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【摘要】：主轴是超精密车床的核心构件之一,其性能的优劣会直接影响车床的加工精度、可靠性和寿命。尤其针对精密气浮主轴,微小的动不平衡量都会产生振动,影响超精密车削零件的加工质量,因此需要在每次开机或工件装夹之后对主轴进行动平衡监测及调整。目前普遍采用商品化现场动平衡仪对主轴进行动平衡测试,操作繁琐,效率低下,无法满足超精密车床主轴频繁的高精度动平衡操作要求。因此,针对超精密车床研发配套的动平衡系统,以简化操作流程,实现车床主轴的高效高精度动平衡在位测试及现场调整有着重要的研究价值和应用前景。为了实现超精密车床主轴高效高精度动平衡在位测试和现场调整,本文针对超精密车床气浮主轴的动不平衡、振动和动平衡评价等问题,以振动信号分析处理和转子动平衡学等理论为基础,围绕车床主轴动平衡理论及其评价,动平衡测试系统研制,不平衡矢量信号处理,动平衡算法实现,车床高效高精度现场调整装置研制以及动平衡实验验证等关键问题开展研究。本文的主要工作有:超精密车床主轴现场动平衡技术的理论研究。首先对超精密车床主轴的动平衡精度进行了仿真分析,说明了动平衡引起的主轴振动将对超精密车削加工面形产生直接的影响,并以工件装夹为例分析了超精密车床主轴在加工之前进行现场动平衡的必要性。然后,基于主轴动平衡对加工质量的影响以及主轴的振动状态确定了本文超精密车床主轴动平衡的评价指标。最后,基于超精密车床对其主轴动平衡理论进行了分析,确定了本文主轴动平衡的基本实施方法和实施流程。超精密车床主轴现场动平衡系统的研制。首先,根据超精密车床主轴动平衡的测试要求,搭建了动平衡测试系统。然后,通过对不平衡矢量信号的处理和测试,实现了主轴振动位移幅值和相位的准确提取。接着,基于影响系数法编写了动平衡算法,实现了超精密车床主轴动平衡的试重标定测试,并将该动平衡系统集成到了车床之中,实现了无试重主轴动平衡测试,提高了动平衡测试的效率。然后对现场动平衡装置及相关算法进行研究,研制了现场动平衡调整装置,实现了高效高精度的主轴动平衡调整。超精密机床主轴动平衡测试实验研究。首先对本文超精密机床主轴动平衡系统的测试精度进行了测试实验,验证了本文动平衡测试系统的精度和稳定性。然后对本文的主轴无试重动平衡系统进行了测试实验,验证了该方法的测量精度和效率。最后对本文超精密车床主轴进行了动平衡调整实验,验证了本文测试和调节系统的精度、效率和稳定性完全可以满足超精密车床主轴动平衡的要求。
【关键词】：车床主轴 高精度动平衡 现场调整 振动监测 动平衡评价
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH113.25;TG51
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 主轴动平衡技术国内外研究现状10-15
• 1.2.1 主轴动平衡算法研究现状10-11
• 1.2.2 主轴动平衡检测技术研究现状11-12
• 1.2.3 主轴动平衡调整装置研究现状12-15
• 1.3 超精密机床主轴动平衡技术研究现状15-17
• 1.4 课题研究的主要内容17-18
• 第2章 超精密车床主轴现场动平衡技术的理论研究18-36
• 2.1 引言18
• 2.2 超精密车床主轴动平衡精度分析18-27
• 2.2.1 主轴动平衡对车削加工影响的仿真18-22
• 2.2.2 工件装夹对超精密车床主轴动平衡的影响22-27
• 2.3 超精密车床主轴的动平衡评价27-31
• 2.3.1 主轴动平衡的通用评价标准27-29
• 2.3.2 基于超精密车床主轴的动平衡评价29-31
• 2.4 超精密车床主轴动平衡的理论实现31-34
• 2.4.1 主轴动平衡理论分析31-32
• 2.4.2 主轴动平衡算法实现32-34
• 2.5 超精密车床主轴动平衡系统方案的制定34-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第3章 超精密车床主轴现场动平衡系统的研制36-58
• 3.1 引言36
• 3.2 超精密车床主轴动平衡测试系统的硬件设计36-40
• 3.2.1 主轴转速信号测量37-38
• 3.2.2 主轴振动信号测量38-39
• 3.2.3 主轴动平衡信号采集39-40
• 3.3 主轴不平衡矢量信号的处理40-49
• 3.3.1 主轴不平衡矢量信号的预处理41-43
• 3.3.2 主轴动平衡矢量信号的滤波及积分变换43-46
• 3.3.3 超精密车床主轴动平衡振动位移幅值与相位的提取46-49
• 3.4 主轴不平衡矢量的计算与提取49-51
• 3.4.1 不平衡矢量试重提取法的实现49-50
• 3.4.2 不平衡矢量无试重提取法的实现50-51
• 3.5 超精密车床主轴动平衡调整装置及算法实现51-57
• 3.6 本章小结57-58
• 第4章 超精密车床主轴现场动平衡系统实验研究58-72
• 4.1 引言58
• 4.2 超精密车床主轴现场动平衡系统精度验证58-68
• 4.2.1 主轴低转速下的动平衡测试59-65
• 4.2.2 主轴高转速下的动平衡测试65-67
• 4.2.3 主轴动平衡测试精度试验总结67-68
• 4.3 超精密机床主轴无试重动平衡系统实验验证68-70
• 4.4 超精密机床主轴动平衡调整装置的精度及效率验证70-71
• 4.5 本章小结71-72
• 结论72-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果77-79
• 致谢79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 欧阳红兵,曾胜,汪希萱;转子系统在线动平衡综述及展望[J];机械强度;1997年04期

2 樊红卫;景敏卿;刘恒;;主动混合式砂轮-电主轴系统自动平衡装置研究综述[J];振动与冲击;2012年05期

3 章云;梅雪松;胡振邦;许睦旬;王磊;;注液式高速切削主轴动平衡装置设计及其性能研究[J];西安交通大学学报;2013年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 徐娟;在线动平衡测试的相关信号处理与标定算法研究[D];合肥工业大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 冯英鹏;高精度动平衡测量中振动信号处理方法研究与实现[D];上海师范大学;2013年

  本文关键词：超精密车床主轴高精度现场动平衡技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：330007