基于对拖加载的电主轴可靠性试验台研制

发布时间：2017-07-14 00:30

  本文关键词：基于对拖加载的电主轴可靠性试验台研制

  更多相关文章： 数控机床 电主轴 可靠性 对拖 能量回馈

【摘要】：数控机床是制造业的工作母机,作为制造业的基石,其可靠性直接影响制造业的水平。然而,数控机床作为复杂的机电液系统,针对其可靠性的研究并不成熟。电主轴是数控机床的核心部件之一,研究其可靠性对于保障机床整机的可靠性具有重要意义。需要注意的是,没有数据,可靠性研究无从谈起,现场采集数据费时、费力、效率低,因此,需要实验室的功能部件试验台架模拟其实际工况来进行可靠性试验。目前国内对电主轴的可靠性台架试验大多处于空运转和静态力加载的状态,尚不能模拟实际工况,为此,本文开发了一种由两根电主轴对拖并辅以压电陶瓷(或音圈电机)加载来模拟切削力及扭矩,从而用于可靠性试验研究的台架试验装备。本文提出将对拖技术应用于可靠性试验方面,可同时对两根电主轴进行可靠性试验,并摆脱了传统的电力测功机加载的方式。此外,本文还给出了详细的台架设计方案,并按照方案进行搭建并进行了试验。首先,本文对电主轴进行了论述,掌握其结构及工作原理,并分析了其受力状况;其次,对试验台的对拖加载方案以及能量回馈方案进行理论分析和仿真,验证其可行性;再次,本文给出了机械结构方案并进行验证,研制了可靠性试验台样机;最后,本文研制出了一套软件程序,程序通过串口总线进行控制,可以进行试验并灵活控制与监测试验台工作状况,并进行了试验验证。试验台架经过运行和完善后,其试验结果证明了本试验台可以稳定连续地进行可靠性试验。电主轴对拖加载试验台的运行状况良好,对于载荷变化的反应迅速,可与压电陶瓷(或音圈电机)加载机构联合协同加载,实现对切削力和切削扭矩的模拟;同时,本试验台可以实现实时监控整个试验台的运行状况,并进行故障数据的记录。综上,本文完成了基于对拖加载的电主轴可靠性试验台的研发,对数控机床可靠性的提升具有工程应用价值。
【关键词】：数控机床 电主轴 可靠性 对拖 能量回馈
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景与意义10-12
• 1.2 国内外研究状况12-13
• 1.2.1 国外研究现状12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 论文主要研究内容13-16
• 第2章 试验系统总体设计方案16-36
• 2.1 试验对象介绍16-21
• 2.1.1 基本结构及工作原理16-17
• 2.1.2 电主轴的故障分析17-18
• 2.1.3 电主轴实际加载受力研究18-21
• 2.2 电主轴对拖原理21-30
• 2.2.1 对拖回馈原理分析21-23
• 2.2.2 直接转矩技术概述及仿真23-26
• 2.2.3 对拖系统仿真26-30
• 2.3 试验系统整体方案研究30-33
• 2.3.1 对拖试验系统需求分析31-32
• 2.3.2 对拖试验系统方案研究32-33
• 2.4 本章小结33-36
• 第3章 试验台机械系统设计方案36-54
• 3.1 试验台架支撑抱夹机构设计36-39
• 3.1.1 试验台架支撑抱夹机构36-37
• 3.1.2 台架仿真验证37-39
• 3.2 连接单元设计及对中调节39-45
• 3.2.1 刀柄轴连接单元结构设计39-41
• 3.2.2 对中调节41-45
• 3.3 轴、径向力加载方案设计45-52
• 3.3.1 音圈电机加载方案46-49
• 3.3.2 压电陶瓷加载方案49-52
• 3.4 本章小结52-54
• 第4章 试验台控制系统研究54-74
• 4.1 控制系统硬件54-57
• 4.1.1 变频器及相关附件54-56
• 4.1.2 压电陶瓷驱动器56-57
• 4.2 电气图方案设计57-61
• 4.2.1 主电路电气设计59-60
• 4.2.2 控制电路电气设计60-61
• 4.3 通讯方案及实现61-64
• 4.3.1 LabVIEW介绍61-62
• 4.3.2 通讯协议及设置62-64
• 4.4 试验系统软件设计64-73
• 4.4.1 软件功能分析64-66
• 4.4.2 通讯程序设计66-67
• 4.4.3 加载程序设计67-70
• 4.4.4 采集程序设计70-72
• 4.4.5 存储程序设计72-73
• 4.5 本章小结73-74
• 第5章 基于对拖加载的电主轴可靠性试验74-88
• 5.1 空载试验74
• 5.2 综合加载试验74-79
• 5.2.1 恒转速变转矩加载试验75-77
• 5.2.2 恒转矩变转速加载试验77-79
• 5.3 数据仿真分析79-87
• 5.3.1 电主轴可靠性模型及参数估计80-81
• 5.3.2 模拟退火算法流程81-82
• 5.3.3 数值实验及结果分析82-87
• 5.4 本章小结87-88
• 第6章 总结与展望88-90
• 参考文献90-94
• 附录94-96
• 硕士期间的研究成果96-98
• 致谢98

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本文编号：538973