高速电主轴系统运行状态的评价方法研究

发布时间：2020-07-26 16:21

【摘要】：在我国经济增长迈入新常态的背景下,随着自动化技术和互联网技术的高速发展,由德国提出的工业4.0战略给予了中国装备制造业以机遇和挑战。高速精密数控机床是装备制造业发展的关键,而高速精密数控机床的工作性能首先取决于高速主轴的性能。电主轴单元是实现高速精密加工的关键部件,同时也是机床功能部件中的易损件,常因工况环境恶劣、操作不当、部件磨损等导致故障,也会因长期使用导致精度明显下降而需要维护、保养或检修。掌握高速电主轴系统的运行状态对于提高数控机床的加工效率、合理安排设备维护和延长设备使用寿命都具有非常重要的实际意义。本文以100MD60Y4型电主轴为研究对象,分析影响电主轴运行状态的主要指标,建立优化组合权重的运行状态评价模型,对电主轴的运行状态评价方法展开研究,主要工作如下:(1)通过分析电主轴系统的工作原理和常见电主轴故障,确定振动量、温升量和电机工作效率作为评价电主轴运行状态的评价指标。(2)通过合理的赋权方法建立的加权综合指标将主轴各评价指标包含的信息进行融合,确定高速电主轴运行状态各评价指标的权重,运用最优化原理将主观赋权法和客观赋权法进行结合对指标进行赋权。(3)建立电主轴运行状态评价的状态数据模型,通过k均值聚类方法对实验数据进行聚类分析,对数据类别进行初步划分再经过模糊分析进行状态等级分类。(4)建立电主轴运行状态在线评价模型,通过Fisher判别法对样本数据的状态等级进行特征匹配,实现对电主轴运行状态的在线评价和劣化原因追溯。实验结果表明,本文提出的高速电主轴运行状态评价方法可以较为清晰地判别得到电主轴的不同运行状态,并由贡献图法通过不同变量对劣化过程的贡献量找到劣化的主要指标,由评价指标体系追溯劣化原因,证明评价模型具有可行性和实用性。本研究能够为高速主轴的智能化研究提供新的思路和方法,并为高速主轴系统在线监测技术在精密数控加工过程中的应用推广奠定理论与方法基础。
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG659
【图文】：

示意图,电主轴,单元,示意图

体的流通同样也会起到降温的作用。逡逑电主轴系统主要包括电源控制系统模块、控制驱动模块、冷却模块、润滑模块、主轴逡逑等部件组成，如图２．１所示。逡逑逦，？邋一邋？一？邋一邋？邋一邋？邋一邋？邋一邋？邋—邋？邋一邋？邋—邋＿邋一邋？一邋二邋一邋？邋一邋？邋一邋？邋—邋？邋一邋？邋—邋？邋一邋？邋—邋■逦—逡逑润滑ｆ统逦润滑油流量１逡逑ｉ邋５Ｓ逦Ｈ＾ｌ逦油气装置＾逦：逡逑工控机N￣，逦－４－＜Ｃ邋３＞邋一￣￣邋Ｌｑ逦逦－ｆｉ逡逑＇空压机压力控制器＇ｄ逦一＾邋Ｉ逡逑｜电参ｆ邋ｊ逦ｉ逦储气罐逦流量计邋」逡逑｜测试仪｜，逦＿逦；逦．逦夕逡逑状态反馈邋个邋Ｉ邋变频器被测电主轴邋逦逡逑与控制指令逦一邋＿邋＿邋一」邋逦．逦逦逡逑１冷却水流量控制阀＾逡逑逦ｆｃｊ逦…？逡逑；＾邋温度计邋Ｉ邋！逡逑，邋温度控制器逦Ｉ逡逑ｉ逦冷却系统逦１逡逑、—一邋邋邋—邋■一．＿．一逡逑图２．１电主轴整体单元示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｍｏｔｏｒｉｚｅｄ邋ｓｐｉｎｄｌｅ邋ｏｖｅｒａｌｌ邋ｕｎｉｔ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑一般电主轴的外观结构如图２．２所示，结构紧凑在数控机床上占用空间小，安装在数逡逑控车床上可以完成一些特殊的加工工艺路线和得到特殊的加工件。逡逑

示意图,电主轴,前轴承,后轴承

图２．２电主轴外观图逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｍｏｔｏｒｉｚｅｄ邋ｓｐｉｎｄｌｅ邋ａｐｐｅａｒａｎｃｅ逡逑如图２．３所示，电主轴的基本结构组成包括转轴、前轴承、后轴承、定子、转子、冷逡逑却水套和外壳等，在加工数控机床上用的电主轴后部配备有编码齿盘，实现闭环的加工控逡逑制，前端加装刀具夹紧装置，实现刀具的夹紧和装配，更智能的加工中心还会实现自动换逡逑刀的功能。电主轴加工运行中状态劣化的主要表现就是精度的下降，分析主轴结构可以直逡逑观的了解到主轴是由前后两个轴承进行支撑运转的，随着设备长时间的运行轴承会因为物逡逑理和化学的各种因素引起疲劳损耗，进而导致主轴的不对中或不平衡，外在的表现就是振逡逑动量的增大；同样，由于电主轴是内置电机，省掉了中间一系列的传动装置，传动效率得逡逑到提升，但也是由于主轴和转子固定在一起，由定子引起的电磁振动也会影响到主轴加工逡逑精度。逡逑８邋—＇９」１０邋—ｚ逡逑１．前轴承２．定子３．转子４．润滑油气通道５．后轴承６．润滑油气逡逑接口邋７．主轴８．冷却水管道９．壳体１０．电路接口邋１１．冷却水接口逡逑图２．３电主轴内部结构示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２．３邋Ｍｏｔｏｒｉｚｅｄ邋ｓｐｉｎｄｌｅ邋ｉｎｔｅｒｎａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑电主轴系统除了主轴外还有配套的外围设备来支撑主轴的正常运行

示意图,电主轴,内部结构,示意图

ｓ逡逑ｍ邋ｍｂＨＨＨＨＫ逡逑图２．２电主轴外观图逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｍｏｔｏｒｉｚｅｄ邋ｓｐｉｎｄｌｅ邋ａｐｐｅａｒａｎｃｅ逡逑如图２．３所示，电主轴的基本结构组成包括转轴、前轴承、后轴承、定子、转子、冷逡逑却水套和外壳等，在加工数控机床上用的电主轴后部配备有编码齿盘，实现闭环的加工控逡逑制，前端加装刀具夹紧装置，实现刀具的夹紧和装配，更智能的加工中心还会实现自动换逡逑刀的功能。电主轴加工运行中状态劣化的主要表现就是精度的下降，分析主轴结构可以直逡逑观的了解到主轴是由前后两个轴承进行支撑运转的，随着设备长时间的运行轴承会因为物逡逑理和化学的各种因素引起疲劳损耗，进而导致主轴的不对中或不平衡，外在的表现就是振逡逑动量的增大；同样，由于电主轴是内置电机，省掉了中间一系列的传动装置，传动效率得逡逑到提升

【参考文献】