电主轴温升在线检测系统的研究.pdf

南昌大学
硕士学位论文
电主轴温升在线检测系统的研究
姓名:徐晗
申请学位级别:硕士
专业:机械制造及其自动化
指导教师:罗良玲
20080601
摘要随着高速加工的发展,对电主轴的需求也越来越多,电主轴的发热问题是制约电主轴发展的重要因素之一,因而成为一个有待解决的重大难题。文章对电主轴的温升特性进行了全面分析,通过电主轴热态有限元分析文章采用红外测温方法对电主轴的轴心温度进行检测。通过检测的温度值、电主轴转速、运行时间等参数建立温度预测模型,得到温升预警值该值反映了温度变化率和最高温度共同作用的结果,比传统的仅仅以温度上限作为报警的方式更加有预知性、更加智能化。根据预警值涂梢远缘缰轴温升及其故障进行预测和提前报警,以达到延长电主轴寿命防止轴承烧伤的目的,对电主轴的安全运行起到非常重要的作用。最后基于以上分析和实验提出确实有效的降低电主轴温升、减少主轴热变形的方法,即电主轴轴心冷却、轴承座圈下润滑的方式,并对其冷却效果进行分析模拟,进一步验证了其正确性,为电主轴的发展开辟了新的思路。关键词:电主轴;温度场;预警模型;红外测温;在线得出恶劣工况下的温度场分布,找到电主轴温升最大的部位以及前后轴承的温升特性,并对其原因进行分析。最后得出有必要检测的对象之一为电主轴的轴心温度。
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签字日期:彬耭。日铭礁学位论文作者签名中:缘硷签字日期:力穆年律埃沙髟年彳月,学位论文版权使用授权书学位论文独创性声明本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、使用学位论文的规定,有权本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得直昌太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签字日期:保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》,并通过网络向社会公众提供信息服务。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄊ学位论文作者签名中:导师签名中
第乱电主轴领域的研究概况采用电主轴的高速加工技术是目前机床行业非常热门的一个话题,它不仅可获得更大的生产率,而且还可获得很高的加工质量,并可降低生产成本,因而被认为是世纪最有发展前途的先进制造技术之一。在先进工业国家,此项技术已广泛应用于航空、航天及模具行业。在近五年中,我国的该项技术也取高速加工的几个优势【浚加工时间大幅度缩短,只有原来的约,这意味着一台咚倩可以代替ㄆ胀–机床;’零件重复性好,这很利于模具行业电极的制造;零件变形小,基本不产生热量,可以加工很薄的零件:高速机床的投资可以很快收回,可以缩短交货期,减小车间占地面积,高速加工采用小直径刀具、小切深、小切宽、快速多次走刀来提高效率,而传统的加工一般采用大直径刀具、大切深、大切宽;高速加工的切削力大幅高速加工不仅仅用于加工一些比较软的材料如铝、铜、塑料等,现在已经可以用于加工硬度在陨系拇阌哺郑庖9楣τ诘毒呱炭7⒊隽讼庋男碌牡毒咄坎悖约跋馛这样的新的刀具材料,目前加工淬硬钢的线速度也达到了/,使钢材料的加工也开始采用高速切削。模具制造商因此也越来越多地采用高速加工技术来加工三维的钢零件。类型主要有电主轴、气动主轴、水动主轴等。不同类型的高速主轴单元输出功得了长足的进步【加工表面质量很高,不用再进行比如打磨等表面处理工序;减少工人数量。度减小,需要的主轴扭矩相应减小。高速数控机床的工作性能,首先取决于高速主轴的性能。高速主轴单元的率相差较大。高速加工机床主轴要求在极短的时间内实现升降速,并在指定的位置快速准停,这就需要主轴有较高的角减速度和角加速度。如果通过传动带
等中间环节,不仅会在高速状态下打滑,产生振动和噪声,而且增加转动惯量,给机床快速准停造成困难。目前,随着电气传动技术淦档魉偌际酢⒌缍矢量控制技术等难杆俜⒄购腿涨魍晟疲咚偈鼗仓髦岽ǘ低车幕结构已得到极大的简化,基本上取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动,从而把机床主传动链的长度缩短为零,实现了机床的“零传动”】。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式,使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来,因此可作为“主轴单元”,俗称“电主轴”,如图所示。对于转速在/陨系闹髦岬ピ#üご蛘吡V崞骼辞巡再合适,较合理的方式是采用内装电机直接驱动,即电机的转子就是主轴,定子安装在