电主轴可靠性试验规范及误差分离研究.pdf

西安理工大学
硕士学位论文
电主轴可靠性试验规范及误差分离研究
姓名:李钊
申请学位级别:硕士
专业:机械设计及理论
指导教师:刘宏昭
201203
签名:型论文题目:电主轴可靠性试验规范及误差分离研究学科专业:机械设计及理论研究生:李钊摘要指导教师:刘宏昭淌签名随着高速切削机床的发展,电主轴的重要性大幅凸显,为了能在电主轴的设计中对薄弱环节进行改进以及对电主轴的寿命和可靠性做出准确的评估和验证,一般采用可靠性试验来发现其在设计、材料和工艺方面的缺陷,并对电主轴的可靠性水平做出评价。目前,电主轴可靠性试验逐渐得到重视,但是并没有相关的国家标准或行业标准作为参考,如果没有相关的标准来参考,所得试验结果的正确性就很难保证。本文首先对电主轴的结构进行了分析,并以电主轴系统的主要子系统和零部件为分析对象,分别通过风险优先数法和决策实验室法进行了失效模式分析以及失效模式优先级分析,获得了电主轴系统的失效模式优先级次序。以失效优先级次序为理论依据,重点参考对应子系统和零部件的相关试验标准和技术条件标准,并结合可靠性方面的国家标准,制定出了主要包括试验条件、失效标准和数据处理等内容的电主轴可靠性试验规范。依据制定的规范,本文为某型国产电主轴提出了可靠性试验方案,主要涉及环境条件、加载载荷选择、加载设备以及测试技术等,并针对经常采取的加速寿命试验,提供了不引起失效机理变化的最大加载力的计算方法。由于回转精度超差也被作为认定电主轴失效的一项判断准则,而在实际测量中又只能得到同时包含主轴形状误差和回转误差的传感器信号,所以就必须进行回转误差的分离和评定。本文通过对误差分离理论的分析,采用动态采样点取值法和数理统计法对两传感器测得的试验数据进行误差的分离和评定,并以为平台编写程序,对误差分离及评定方法进行了仿真分析,得到了高精度的分离结果,同时还对采样点取值大小对误差分离精度的影响做了分析。本文通过研究,提出了电主轴可靠性试验的相关规范和方案,并通过电主轴回转误差的分离为电主轴回转精度的在线监测提供依据。同时,本文也可用于其它类型电主轴或高精度主轴的可靠性试验参考。关键词:电主轴;可靠性试验;规范;方案;误差分离;仿真
西安理工大学硕士学位论文Ⅱ
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一扩研究的背景与意义在经济全球化和一体化的进程中,制造业已被作为国民经济的重要支柱产业。为了发展制造业,各国都致力于利用各自的技术以及资金优势来提高先进制造技术的研发水平。高速数控机床技术己被我国纳入装备制造业的重要发展战略之中,同时也是提高我国装备制造业水平的发展方向之一。由于高速主轴的性能直接决定了数控机床的工作性能,所以其一直是高速数控机床的主要研究反向。目前,国内外已对具有高速及高精度的电主轴进行了深入的研究,并将其广泛应用于加工制造业中。电主轴一般由电机直接驱动,电机转子伸出端作为加工主轴,中间没有任何传动环节,即实现了“零传动”,这样就消除了传动误差。所以,电主轴具有重量轻、结构紧凑、惯性小以及响应特性好的特点。将电主轴使用在数控机床上,可以很好的提高加工精度以及改善加工主轴的动平衡。电主轴的三项主要技术指标为:精度、转速和寿命。其中,精度和转速的高低直接决定了使用电主轴的机床的加工精度,而寿命决定了电主轴的工作时长。由于有着较少的更换和维修时间,寿命比较长的电主轴拥有更稳定的工作性能和工作效率。我国生产和设计的电主轴与国外相比仍存在一定差距,其主要体现在精度、可靠性以及寿命三个方面。可靠性是一个概率概念,它表示了电主轴能达到某一工作寿命的可靠程度。为了能在电主轴的设计中对薄弱环节进行改进以及对电主轴的寿命和可靠性做出准确的评估和验证,一般通过可靠性试验来发现其在设计、材料和工艺方面的缺陷,并对电主轴的可靠性水平做出评价。可靠性试验是产品研制生产中要进行的关键试验之一,同时也是产品研制和生产中可髀图籰电主轴
⒄⒄瓜肿的,经过半个多世纪的迅速发展,现在已成为一门涉及面十分广泛的综合性应用学科一可靠性工作环节的重要组成部分。可靠性试验的主要目的是为了获得可以对产品可靠性做出评价的可靠性特征值,从而为产品的设计改进和厂家验收提供指导。可靠性试验主要分为两大类:可靠性测定试验和可靠性验证试验,两者的主要区别在于前者是对可靠性特征值的测定,而后者则是在可靠性特征值已知的情况下对产品是否符合规定要求进行验证。国外对于电主轴技术的研究起步较国内稍早,同时发展也很快,主轴转速一般都可达到/陨稀D壳肮庥泻芏嘀C净蚱笠荡邮赂咚倩驳缰髦嵫蟹⒂肷钻、削用电主轴,瑞士的的转