高速電主軸非接觸式加載可靠性試驗(yàn)

1、高速電主軸非接觸加載可靠性測試系統(tǒng)設(shè)計闡明1、根據(jù)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）工作管理規(guī)定 ，學(xué)生須撰寫畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 ，由導(dǎo)師簽字，教研室審核，經(jīng)系教學(xué)主任批準(zhǔn)后實(shí)施。2 、開題報告是畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會審查學(xué)生答辯資格的基礎(chǔ)材料之一。學(xué)生應(yīng)盡早完成畢業(yè)設(shè)計（論文）工作，開題報告不及格者不得參加答辯。3、畢業(yè)項目開題報告的內(nèi)容必須真實(shí)，一一認(rèn)真填寫。書面表達(dá)要清楚嚴(yán)謹(jǐn)，語言要流利，借詞要用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫時，必須注明全名。4、在本報告中，學(xué)生自己撰寫的對課題和研究工作的分析和描述不少于2000字。開場報告未經(jīng)整理總結(jié)，缺乏個人觀點(diǎn)，僅從網(wǎng)上下載資料整理而成的，視為不

2、合格。5、開題報告審核原則上在第2-4周完成。各部門完成畢業(yè)設(shè)計開題審查后，應(yīng)撰寫開題總結(jié)報告。畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告學(xué)生 學(xué)生卡 專門機(jī)電工程導(dǎo)師 職稱副教授學(xué)校（系）機(jī)械工程學(xué)院源主題自創(chuàng)話題主題類型工程技術(shù)研究主題名稱高速電主軸非接觸加載可靠性試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容和意義畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容和意義一、課題背景：1920年代末，高速切削技術(shù)因其高效率、低消耗而受到世界各國學(xué)者的青睞，政府也給予了相當(dāng)?shù)闹匾暫椭С郑蛊浒l(fā)展迅速。 1990年代初，高速切削技術(shù)的日益成熟，推動了高速數(shù)控加工機(jī)床行業(yè)的蓬勃發(fā)展，在航空航天制造、汽車制造、輕工制造等領(lǐng)域迅速取得了顯著成績，特別是采用高速-變頻變頻技術(shù)。

3、融合多種前沿技術(shù)的高速電主軸技術(shù)的推廣應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生，成為高速加工機(jī)床的核心技術(shù)?？蓾M足高速切削時“高速、高精度、高可靠性、小振動”的要求。涉及車、銑、磨等多個領(lǐng)域，尤其是高精密儀器關(guān)鍵功能部件的制造。高速電主軸的性能和工作可靠性直接影響高速加工機(jī)床的加工性能和工作可靠性。2.主題內(nèi)容：1.提議電主軸作為一種高速加工設(shè)備，在高速切削過程中如果受到輕微的干擾，可能會對電主軸的工作性能產(chǎn)生巨大的影響，這種影響甚至可能具有破壞性?？煽啃詫τ诟咚匐娭鬏S尤為重要。其穩(wěn)定性和壽命對整臺母機(jī)能否在規(guī)定的時間內(nèi)在規(guī)定的條件下完成規(guī)定的任務(wù)有重要影響，也影響到整個工作時間、加工精度和加工成本。隨著高新技術(shù)的引進(jìn)和

4、相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，高速電主軸的轉(zhuǎn)速、軸承性能、冷卻散熱性能、控制系統(tǒng)性能等指標(biāo)都有所提高。然而，可靠性問題一直是困擾數(shù)控設(shè)備和系統(tǒng)發(fā)展的主要問題。一、尤其是國產(chǎn)數(shù)控設(shè)備的可靠性問題更為突出。2. 解決方案要啟動數(shù)控設(shè)備可靠性的系統(tǒng)研究，對電主軸關(guān)鍵部件的可靠性進(jìn)行系統(tǒng)全面的研究和試驗(yàn)，提高可靠性設(shè)計與失效的實(shí)用技術(shù)。數(shù)控設(shè)備并行工程及全生命周期分析。為了準(zhǔn)確反映高速電主軸的實(shí)際工況，對電主軸進(jìn)行可靠性測試，設(shè)計了一套能夠同時模擬和實(shí)現(xiàn)主軸上的扭矩、徑向力和軸向力的加載系統(tǒng)。 采用電動測功機(jī)實(shí)現(xiàn)扭矩加載，非接觸激振器實(shí)現(xiàn)徑向加載，自行設(shè)計的電磁鐵實(shí)現(xiàn)軸向加載。該系統(tǒng)不僅可以完成電主軸的動態(tài)加載，還

5、可以在加載過程中檢測電主軸的基本性能參數(shù)和故障指標(biāo)參數(shù)，收集故障數(shù)據(jù)，繪制故障數(shù)據(jù)曲線并進(jìn)行可靠性分析。改進(jìn)電主軸?？煽啃匀?、設(shè)計內(nèi)容本文針對轉(zhuǎn)速為18000r/min、功率為22Kw的電主軸設(shè)計了加載實(shí)驗(yàn)，提出了一種電主軸可靠性研究的新方法。主要內(nèi)容如下：1、對可靠性和電主軸可靠性的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了回顧。2、介紹了電主軸的結(jié)構(gòu)原理，并對選定的電主軸進(jìn)行了力計算。3. 電機(jī)主軸負(fù)載設(shè)計扭矩負(fù)載、軸向力和徑向力負(fù)載。4、電主軸檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計及相應(yīng)設(shè)備的選型。5、其他輔助部件的設(shè)計，如電主軸的夾持和支撐機(jī)構(gòu)，最終完成整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。題目的意思：近年來，激烈的市場競爭對高端數(shù)控機(jī)床提出了更高的要求，

6、以滿足巨大的市場需求。同時，高速電主軸運(yùn)行更穩(wěn)定，工作效率較傳統(tǒng)電機(jī)皮帶傳動系統(tǒng)大幅提升。因此，電主軸的性能也被認(rèn)為是衡量數(shù)控機(jī)床穩(wěn)定性和可靠性的重要指標(biāo)之一。一。高速數(shù)控機(jī)床的工作性能首先取決于高速主軸的性能。模擬電主軸的實(shí)際工作狀態(tài)，研制電主軸可靠性試驗(yàn)臺，對提高高速數(shù)控機(jī)床的MTBF水平具有重要意義。高速電主軸作為現(xiàn)代高速加工技術(shù)的核心技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于高性能機(jī)床，不僅大大提高了加工效率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，還創(chuàng)造了巨大的材料財富為社會。同時，促進(jìn)新材料、新技術(shù)的推廣應(yīng)用，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。研究高速電主軸技術(shù)，一方面可以打破先進(jìn)國家對我國的技術(shù)壟斷，提高我國科技制造業(yè)的整體

7、水平，增強(qiáng)我國制造業(yè)在世界上的整體競爭力；另一方面，高速電主軸技術(shù)可以大大縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，提高產(chǎn)品加工效率和加工質(zhì)量，節(jié)約社會成本，創(chuàng)造更多社會財富。高速電主軸的性能在一定程度上決定了機(jī)床的整體發(fā)展水平。因此，高速加工機(jī)床對高速電主軸的技術(shù)指標(biāo)有嚴(yán)格的要求，使其不能用于傳統(tǒng)的主軸系統(tǒng)，其安全性和可靠性等動態(tài)性能也成為首要考慮因素。結(jié)構(gòu)設(shè)計和機(jī)床操作中的問題。因此，無論是在理論研究還是實(shí)際應(yīng)用中，高速電主軸相關(guān)技術(shù)的研究都具有重要的學(xué)術(shù)意義和社會經(jīng)濟(jì)效益?？煽啃詫τ诟咚匐娭鬏S尤為重要。其穩(wěn)定性和壽命對整臺母機(jī)能否在規(guī)定的時間內(nèi)在規(guī)定的條件下完成規(guī)定的任務(wù)有重要影響，也影響到整個工作時間、加工精

8、度和加工成本。隨著高新技術(shù)的引進(jìn)和相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，高速電主軸的轉(zhuǎn)速、軸承性能、冷卻散熱性能、控制系統(tǒng)性能等指標(biāo)都有所提高。然而，可靠性問題一直是困擾數(shù)控設(shè)備和系統(tǒng)發(fā)展的主要問題。一、尤其是國產(chǎn)數(shù)控設(shè)備的可靠性問題更為突出。對于很多高速加工的數(shù)控設(shè)備來說，由于電主軸在運(yùn)行和使用過程中出現(xiàn)故障，使加工系統(tǒng)的數(shù)控設(shè)備和整個數(shù)控系統(tǒng)不可靠，無法保持高性能，這使得任何先進(jìn)性無意義的。數(shù)控設(shè)備和系統(tǒng)的高水平和復(fù)雜性凸顯了研究電主軸可靠性的必要性和緊迫性。顯然，可靠性技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)控裝備和數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”，是整個數(shù)控裝備行業(yè)乃至當(dāng)今機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展的重大共性和關(guān)鍵技術(shù)。一旦可靠性技術(shù)取得突破，將充

9、分發(fā)揮國產(chǎn)數(shù)控設(shè)備和系統(tǒng)的先進(jìn)性，改造傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)，用先進(jìn)可靠的數(shù)控設(shè)備武裝起來，從而推動機(jī)械制造業(yè)升級換代發(fā)展民族裝備工業(yè)。振興。此外，數(shù)控設(shè)備的可靠性直接影響經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。但國外尚無對數(shù)控機(jī)床高速電主軸可靠性技術(shù)進(jìn)行全面系統(tǒng)研究的報道。一些發(fā)達(dá)國家的機(jī)床企業(yè)只是部分復(fù)制了其他行業(yè)使用的可靠性通用技術(shù)。因此，有必要對數(shù)控設(shè)備的可靠性進(jìn)行系統(tǒng)研究，對其電主軸等關(guān)鍵部件的可靠性進(jìn)行系統(tǒng)、全面的研究和試驗(yàn)，以提高數(shù)控設(shè)備的實(shí)用性。并行工程和全生命周期可靠性設(shè)計和故障分析。技術(shù)推動數(shù)控裝備行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。而本課題是通過試驗(yàn)臺對某型或多型電主軸進(jìn)行實(shí)時加載模擬疲勞試驗(yàn)，是我們研究換刀系統(tǒng)

10、可靠性的好方法，是前所未有的創(chuàng)新。研究方法?？煽啃栽囼?yàn)臺的研制成功，可以方便我們實(shí)時采集和處理數(shù)據(jù)，方便與計算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和圖表對比。該研究方法可以輔助我們對電主軸可靠性系統(tǒng)進(jìn)行全面細(xì)致的研究，為提高加工中心的整體可靠性提供平臺。推動數(shù)控裝備產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展，為我國裝備產(chǎn)業(yè)在強(qiáng)國之林的建立做出一點(diǎn)小小的貢獻(xiàn)。國外研究現(xiàn)狀：一、國外可靠性研究現(xiàn)狀可靠性理論于 1940 年代在航空領(lǐng)域萌芽，并于 1950 年代在美國國防部創(chuàng)立。 1960年代開始全面發(fā)展，1970年代進(jìn)入成熟階段，1980年代和1990年代進(jìn)入深入發(fā)展階段。國外專家學(xué)者對可靠性和可維護(hù)性要求與性能要求一視同仁，強(qiáng)調(diào)支持性

11、要求，重視可測試性和故障診斷技術(shù)的研究，同時開發(fā)綜合可靠性計算機(jī)程序。機(jī)床可靠性技術(shù)起源于1970年代的前端環(huán)節(jié)。聯(lián)大機(jī)床行業(yè)的一些權(quán)威人士，如1950年代來華講學(xué)的機(jī)床專家AC Pronikov，根據(jù)機(jī)床產(chǎn)品的特殊性，對機(jī)床的可靠性進(jìn)行了專題研究。在功能、結(jié)構(gòu)、外載荷等方面建立了機(jī)床可靠性技術(shù)的一些基礎(chǔ)理論，開辟了在機(jī)床領(lǐng)域進(jìn)行可靠性研究的途徑，出版了一系列針對特定機(jī)床的可靠性論文（如如機(jī)床熱變形、導(dǎo)軌磨損等規(guī)律對機(jī)床精度故障和故障無故障工作時間的影響等），并出版了數(shù)控機(jī)床精度和可靠性專著近年來，以BC Vasiliev、BB Barabanov等為代表的俄羅斯新一代機(jī)床可靠性研究人員。學(xué)者

12、們反映了俄羅斯數(shù)控機(jī)床可靠性研究的現(xiàn)狀和趨勢。他們重視使用數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)效益研究，提出了技術(shù)利用系數(shù)的概念，建立了其信息概率模型，在機(jī)床承載能力的預(yù)測方面也做了大量工作。在消除機(jī)床早期故障方面，提出了工藝試運(yùn)行和可靠性試驗(yàn)的方法。此外，俄羅斯學(xué)者還對機(jī)床故障進(jìn)行了分類，對預(yù)防和保護(hù)等方法進(jìn)行了研究。雖然這些研究可以控制和預(yù)測數(shù)控機(jī)床的加工精度，但統(tǒng)計表明數(shù)控機(jī)床的故障多為功能故障。因此，這類研究對當(dāng)前機(jī)床可靠性中急需解決的關(guān)鍵問題收效甚微。英國、美國等國家在CNC加工中心領(lǐng)域，大多進(jìn)行了現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)采集和故障數(shù)據(jù)數(shù)理統(tǒng)計分析及指標(biāo)評價，尚無系統(tǒng)可靠性研究報告關(guān)于CNC加工中心產(chǎn)品。日本在民用產(chǎn)

13、品（如家電、汽車等）方面的可靠性研究引起了全世界的關(guān)注。在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，也僅限于注重現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)的收集和分析，從故障診斷分析入手，找出故障原因，提出可靠性改進(jìn)措施。 ，對提高機(jī)床產(chǎn)品的可靠性水平起到了積極的作用。二、中國研究現(xiàn)狀我國最早的可靠性工作是原電子工業(yè)部第五研究所在1960年代初開展的可靠性評估方面的開創(chuàng)性工作，推動了我國可靠性工程的發(fā)展。 1970年代，我國的可靠性工作從引進(jìn)國外標(biāo)準(zhǔn)材料開始?？煽啃怨こ淘陔娮?、航空航天、電力、機(jī)械、儀器儀表等部門得到應(yīng)用，并取得不同程度的進(jìn)展。 1980年代，我國各可靠性機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)團(tuán)體發(fā)展迅速，先后發(fā)表了可靠性數(shù)學(xué)和可靠性理論系列文章，發(fā)表了機(jī)構(gòu)可靠

14、性分析系列文章，在理論和實(shí)踐上都做出了有益的貢獻(xiàn)。方面。探索。數(shù)控機(jī)床的可靠性設(shè)計有很多方面可以借鑒。但我們也應(yīng)該認(rèn)識到，我國的可靠性技術(shù)目前在工業(yè)和企業(yè)中應(yīng)用并不廣泛，與先進(jìn)國家相比還有很大差距。此外，中國學(xué)者王國松等人應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)分析了柔性制造系統(tǒng)的失效模式、失效率和可靠性模型。我國對數(shù)控機(jī)床可靠性的研究始于1980年代后期。 90年代以來，我國將數(shù)控機(jī)床可靠性基礎(chǔ)研究工作列入“八五”和“九五”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)計劃，并制定了可靠性試驗(yàn)方案以及數(shù)控系統(tǒng)的一系列標(biāo)準(zhǔn)。積累和處理了部分國產(chǎn)加工中心的故障和維修數(shù)據(jù)，對部分國外加工中心的現(xiàn)狀進(jìn)行了初步的可靠性評估，取得了成果，但國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的整體可

15、靠性水平仍與進(jìn)口產(chǎn)品相比.較大的差距。機(jī)床現(xiàn)代診斷技術(shù)是近20年來發(fā)展起來的一門新學(xué)科。就是在機(jī)床運(yùn)行過程中判斷機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)和時間，并采取相應(yīng)的措施，提高機(jī)床運(yùn)行的可靠性，進(jìn)一步提高機(jī)床的質(zhì)量。機(jī)床的利用率。在我國機(jī)床可靠性研究中，高校計算機(jī)數(shù)控設(shè)備可靠性研究所開展了大量的研究工作。對數(shù)控車床的載荷譜進(jìn)行了初步研究，對數(shù)控車床進(jìn)行了初步故障分析和維修性分析，對無故障工作時間進(jìn)行了時間序列分析，建立了無故障工作時間的AR模型。獲得。分析了機(jī)床主傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性，并對傳動部件的可靠性設(shè)計進(jìn)行了初步研究。當(dāng)前可靠性技術(shù)的發(fā)展趨勢是：一方面與現(xiàn)代信息科學(xué)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)可靠性技術(shù)“信息化”，發(fā)展現(xiàn)代可

16、靠性共性技術(shù)；另一方面，將可靠性技術(shù)與具體產(chǎn)品相結(jié)合，根據(jù)不同產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，研究故障分布和演化過程的規(guī)律，開發(fā)具有行業(yè)特色的實(shí)用可靠性技術(shù)。參考1 聯(lián)合研究院。組合機(jī)床設(shè)計：機(jī)械工業(yè)，1975。2 賈慶宇.機(jī)械制造設(shè)備設(shè)計：機(jī)械工業(yè)，2007。3 王志明，數(shù)控技術(shù)：大學(xué)，2009。4 陳娟，數(shù)控車床設(shè)計，：化學(xué)，2005。5 夏田，數(shù)控加工中心設(shè)計，化工，20066 賈亞舟等. 機(jī)械疲勞載荷與可靠性設(shè)計7 邵軍，基于多重影響因素的電主軸可靠性分析8 嚴(yán)，竇懷洛等 提高電主軸可靠性的方法分析9 E. Abele (2)a,*, Y. Altintas (1)b, C. Brecher (

17、2)c機(jī)床主軸單元10 Bernd Bossmanns Jay F. Tu 高速電動主軸的功率流模型發(fā)熱特性12 王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與設(shè)計。兵器工業(yè)。 1999 年 9 月。1-17013 王超，王瑾機(jī)械可靠性工程。冶金工業(yè)。 1998 年 6 月：17-24614 J莫布雷，石磊，顧寧昌譯。以可靠性為中心的維護(hù)。：機(jī)械工業(yè)。 2006.12：1-615 何國芳.可靠性數(shù)據(jù)采集與分析：國防工業(yè)，1997：40研究內(nèi)容研究內(nèi)容：本文針對轉(zhuǎn)速為18000r/min、功率為22Kw的電主軸設(shè)計加載實(shí)驗(yàn)。1、對可靠性和電主軸可靠性的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了回顧。2、介紹了電主軸的結(jié)構(gòu)原理，并對選定的電主

18、軸進(jìn)行了力計算。3. 電主軸加載設(shè)計扭矩加載、軸向力和徑向力加載。4、電主軸檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計及相應(yīng)設(shè)備的選型。5、其他輔助部件的設(shè)計，如電主軸的夾持和支撐機(jī)構(gòu)，最終完成整體結(jié)構(gòu)設(shè)計?？煽啃詼y試是通過電主軸進(jìn)行的，以反映高速電主軸的實(shí)際工作情況。本文設(shè)計了一套能夠同時模擬和實(shí)現(xiàn)主軸扭矩、徑向力和軸向力的加載系統(tǒng)。鐵實(shí)現(xiàn)軸向載荷。完成電主軸的動態(tài)加載，在加載過程中檢測電主軸的基本性能參數(shù)和故障指標(biāo)參數(shù)，收集故障數(shù)據(jù)，繪制故障數(shù)據(jù)曲線并進(jìn)行可靠性分析，以提高電主軸的可靠性-主軸。研究計劃研究計劃：第一周，熟悉項目背景，對國外現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查第二周收集資料，確定初步方案和結(jié)構(gòu)。第三周，完成開場報告，外文

19、翻譯第4周提出設(shè)計方案并論證設(shè)計方案第5周繪制總裝圖和設(shè)計計算第6周繪制總裝圖和設(shè)計計算第 7 周零件圖和設(shè)計計算第 8 周繪圖零件和設(shè)計計算第 9 周繪圖控制示意圖第 10 周繪圖控制示意圖第11周 控制軟件設(shè)計與調(diào)試，整理設(shè)計手冊第 12 周 撰寫畢業(yè)設(shè)計論文第 13 周 撰寫畢業(yè)設(shè)計論文第 14 周 撰寫畢業(yè)設(shè)計論文第 15 周 準(zhǔn)備防御特色與創(chuàng)新1、借助計算機(jī)，對可靠性試驗(yàn)臺的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面細(xì)致的設(shè)計，使其強(qiáng)度和剛度能夠滿足電主軸的高速要求。2、設(shè)計轉(zhuǎn)速18000r/min、功率22Kw的電主軸負(fù)載實(shí)驗(yàn)。3、電主軸各項性能測試。導(dǎo)師觀點(diǎn)導(dǎo)師簽名：年月日教研室意見部門意見主任簽字：年

20、月日教務(wù)長簽字：年月日概括為了準(zhǔn)確反映高速電主軸的實(shí)際工況，對電主軸進(jìn)行可靠性測試，設(shè)計了一套能夠同時模擬和實(shí)現(xiàn)主軸上的扭矩、徑向力和軸向力的加載系統(tǒng)。 采用電動測功機(jī)實(shí)現(xiàn)扭矩加載，非接觸激振器實(shí)現(xiàn)徑向加載，自行設(shè)計的電磁鐵實(shí)現(xiàn)軸向加載。該系統(tǒng)不僅可以完成電主軸的動態(tài)加載，還可以在加載過程中檢測電主軸的基本性能參數(shù)和故障指標(biāo)參數(shù)，收集故障數(shù)據(jù)，繪制故障數(shù)據(jù)曲線并進(jìn)行可靠性分析。改進(jìn)電主軸。可靠性。本文針對轉(zhuǎn)速為18000r/min、功率為22Kw的電主軸設(shè)計了加載實(shí)驗(yàn)，提出了一種電主軸可靠性研究的新方法。本設(shè)計對以上問題進(jìn)行分析，主要內(nèi)容如下：綜述了可靠性和電主軸可靠性的研究現(xiàn)狀。介紹了電主軸

21、的結(jié)構(gòu)原理，并對選定的電主軸進(jìn)行了力計算。電機(jī)主軸負(fù)載設(shè)計 - 扭矩負(fù)載、軸向力和徑向力負(fù)載。電主軸檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計及相應(yīng)設(shè)備的選型。設(shè)計了其他輔助部件，如電主軸的夾緊和支撐機(jī)構(gòu)，最終完成了整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。關(guān)鍵詞:高速 電主軸 可靠性非 接觸 加載設(shè)計摘 要為了準(zhǔn)確反映高速電主軸的實(shí)際工況，說明主軸的可靠性，設(shè)計了一套同時承受主軸扭矩、徑向力和軸向力載荷的仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用電動測功機(jī)進(jìn)行測功。實(shí)現(xiàn)扭矩加載，非接觸式振動臺實(shí)現(xiàn)徑向加載，螺線管設(shè)計實(shí)現(xiàn)軸向加載。系統(tǒng)不僅完成主軸的動態(tài)加載，還檢測加載過程中主軸的基本性能參數(shù)和故障指標(biāo)參數(shù).并收集故障數(shù)據(jù)，繪制故障數(shù)據(jù)曲線并進(jìn)行可靠性分析，提高了主

22、軸的可靠性。本文設(shè)計了最高轉(zhuǎn)速為18000rpm，電功率為22Kw的主軸的加載文本，提出了一種主軸可靠性的新方法。對上述問題進(jìn)行了分析，主要覆蓋范圍如下：1.審查了主軸的可靠性和可靠性。2、主軸的結(jié)構(gòu)和原理介紹，計算所用主軸的應(yīng)力。3 、主軸載荷設(shè)計：扭矩載荷、徑向載荷和軸向載荷。4 、電主軸測控系統(tǒng)的設(shè)計及相應(yīng)設(shè)備的選型。5 、電主軸支撐機(jī)構(gòu)等其他輔助部件設(shè)計，完成其整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。關(guān)鍵詞：高速電主軸；可靠性；非接觸式加載；設(shè)計目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc294770401 第1章引言 PAGEREF _Toc294770401 h 1 HYPERLI

23、NK l _Toc294770402 第一節(jié) 可靠性研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc294770402 h 1 HYPERLINK l _Toc294770403 1.1國外可靠性研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc294770403 h 1 HYPERLINK l _Toc294770404 1.2國家可靠性研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc294770404 h 2 HYPERLINK l _Toc294770405 第二節(jié)國外電主軸研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc294770405 h 3 HYPERLINK l _Toc294770406 第二章電主軸 PAGEREF _Toc294

24、770406 h 5 HYPERLINK l _Toc294770407 第一節(jié) 電主軸結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù) PAGEREF _Toc294770407 h 5 HYPERLINK l _Toc294770408 1.1電主軸機(jī)構(gòu) PAGEREF _Toc294770408 h 5 HYPERLINK l _Toc294770409 第二節(jié)電主軸關(guān)鍵 PAGEREF _Toc294770409 h 技術(shù)6 HYPERLINK l _Toc294770410 第三節(jié)電主軸基本 PAGEREF _Toc294770410 h 信息7 HYPERLINK l _Toc294770411 第四節(jié)電主軸受力計

25、算 PAGEREF _Toc294770411 h 8 HYPERLINK l _Toc294770412 第三章加載機(jī)構(gòu)設(shè)計 PAGEREF _Toc294770412 h 10 HYPERLINK l _Toc294770413 第1節(jié)扭矩載荷設(shè)計 PAGEREF _Toc294770413 h 10 HYPERLINK l _Toc294770414 1.1測功機(jī)選型 PAGEREF _Toc294770414 h 11 HYPERLINK l _Toc294770415 1.2 DLG22懸掛式交流功率測功機(jī) PAGEREF _Toc294770415 h 12 HYPERLINK l

26、 _Toc294770416 第2節(jié)軸向力加載設(shè)計 PAGEREF _Toc294770416 h 15 HYPERLINK l _Toc294770417 第3節(jié)徑向力加載設(shè)計 PAGEREF _Toc294770417 h 17 HYPERLINK l _Toc294770418 第4章檢測與控制系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc294770418 h 22 HYPERLINK l _Toc294770419 第1節(jié)速度轉(zhuǎn)矩檢測 PAGEREF _Toc294770419 h 23 HYPERLINK l _Toc294770420 第2節(jié)溫度檢測 PAGEREF _Toc29477042

27、0 h 23 HYPERLINK l _Toc294770421 第3節(jié)軸向位移和徑向跳動檢測 PAGEREF _Toc294770421 h 24 HYPERLINK l _Toc294770422 3.1渦流傳感器的工作原理及特點(diǎn) PAGEREF _Toc294770422 h 24 HYPERLINK l _Toc294770423 3.2檢測方案 PAGEREF _Toc294770423 h 25 HYPERLINK l _Toc294770424 第4節(jié)外殼振動速度和噪聲檢測 PAGEREF _Toc294770424 h 27 HYPERLINK l _Toc294770425

28、第5節(jié)總體檢測控制框圖 PAGEREF _Toc294770425 h 28 HYPERLINK l _Toc294770426 第5章其他結(jié)構(gòu)設(shè)計 PAGEREF _Toc294770426 h 29 HYPERLINK l _Toc294770427 第1節(jié)電主軸支撐機(jī)構(gòu) PAGEREF _Toc294770427 h 29 HYPERLINK l _Toc294770428 第二節(jié)試棒強(qiáng)度分析 PAGEREF _Toc294770428 h 30 HYPERLINK l _Toc294770429 設(shè)計總結(jié) PAGEREF _Toc294770429 h 32 HYPERLINK l _

29、Toc294770430 至 PAGEREF _Toc294770430 h 34 HYPERLINK l _Toc294770431 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc294770431 h 35 HYPERLINK l _Toc294770432 圖1電磁鐵組件 PAGEREF _Toc294770432 h 37 HYPERLINK l _Toc294770433 圖2電主軸 PAGEREF _Toc294770433 h 38 HYPERLINK l _Toc294770434 圖3電動測功機(jī)總成 PAGEREF _Toc294770434 h 39 HYPERLINK l _Toc2

30、94770435 圖4整體測試平臺 PAGEREF _Toc294770435 h 40第一章 簡介現(xiàn)代制造業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其制造技術(shù)水平和裝備制造能力是衡量一個國家科技水平和綜合國力的重要標(biāo)志。現(xiàn)代制造技術(shù)結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)和微電子技術(shù)的理論和應(yīng)用成果，發(fā)展以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的自動化加工技術(shù)，從而推動高速加工技術(shù)、精密和超精密加工技術(shù)的快速發(fā)展。近幾十年來，高速加工技術(shù)發(fā)展迅速，特別是在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個部門。高速電主軸作為高速加工的核心部件，隨著高速數(shù)控機(jī)床、高速加工中心等相繼投放國際市場。其需求與日俱增，國外研究機(jī)構(gòu)紛紛投資開發(fā)該項目技術(shù)。高速電主軸作為現(xiàn)代高

31、速加工技術(shù)的核心技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于高性能機(jī)床，不僅大大提高了加工效率，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，同時創(chuàng)造了巨大的材料為社會創(chuàng)造財富。 ，促進(jìn)新材料、新技術(shù)的應(yīng)用和推廣，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。研究高速電主軸技術(shù)，一方面可以打破先進(jìn)國家對我國的技術(shù)壟斷，提高我國科技制造業(yè)的整體水平，增強(qiáng)我國制造業(yè)在世界上的整體競爭力；另一方面，高速電主軸技術(shù)可以大大減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，提高產(chǎn)品加工效率和加工質(zhì)量，降低社會成本，創(chuàng)造更多的社會財富。高速電主軸的性能在一定程度上決定了機(jī)床的整體發(fā)展水平。因此，高速加工機(jī)床對高速電主軸的技術(shù)指標(biāo)有著嚴(yán)格而嚴(yán)格的要求，這使得它有別于傳統(tǒng)的主軸系統(tǒng)。性能和動態(tài)性能也成為結(jié)

32、構(gòu)設(shè)計和機(jī)床運(yùn)行的首要考慮因素。因此，無論是在理論研究還是實(shí)際應(yīng)用中，高速電主軸相關(guān)技術(shù)的研究都具有重要的學(xué)術(shù)意義和社會經(jīng)濟(jì)效益。高速電主軸作為數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵功能部件之一，其可靠性對機(jī)床的可靠性起著決定性的作用。因此，研制其可靠性試驗(yàn)臺對于提高數(shù)控機(jī)床的MTBF水平具有重要意義?？煽啃匝芯楷F(xiàn)狀1.1 國外可靠性研究現(xiàn)狀1940年代在航空領(lǐng)域萌芽， 1950年代由美國國防部提出。 1960年代開始全面發(fā)展，1970年代進(jìn)入成熟階段， 1980年代和1990年代進(jìn)入可靠性技術(shù)逐步深入發(fā)展階段1 。國外專家學(xué)者將可靠性和可維護(hù)性要求等同于性能要求，強(qiáng)調(diào)可保障性要求，重視可測試性和故障診斷技術(shù)的研究，

33、同時開發(fā)了綜合可靠性計算機(jī)程序。1970年代，機(jī)床可靠性技術(shù)起源于前聯(lián)盟，加入部分高校機(jī)床行業(yè)權(quán)威人士，如1950年代來華講學(xué)的機(jī)床專家AC Pronikov ，根據(jù)機(jī)床產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能和外載荷。由于機(jī)床可靠性的特殊性，他對機(jī)床可靠性進(jìn)行了專題研究，建立了機(jī)床可靠性的一些基礎(chǔ)理論，開辟了機(jī)床領(lǐng)域進(jìn)行可靠性研究的新途徑，并發(fā)表了一系列可靠性研究。針對特定的機(jī)床產(chǎn)品（如導(dǎo)軌磨損等規(guī)律對機(jī)床精度故障和無故障工作時間的影響、機(jī)床熱變形等），出版了CNC可靠性和精度專著機(jī)械工具。近年來，俄羅斯新一代機(jī)床可靠性研究人員，包括BB Balabanov、 BC Vasiliev等，開展了反映俄羅斯數(shù)控機(jī)床可靠

34、性研究趨勢和現(xiàn)狀的研究2 。他們重視數(shù)控機(jī)床使用中的經(jīng)濟(jì)效益研究，提出了技術(shù)利用系數(shù)的概念，建立了其信息概率模型，在機(jī)床承載能力的預(yù)測方面也做了大量工作，以及在機(jī)床的早期故障排除中。一方面，提出了工藝試運(yùn)行和可靠性試驗(yàn)的方法。此外，俄羅斯學(xué)者還對機(jī)床故障進(jìn)行了收集和分類，并對防護(hù)和預(yù)防方法進(jìn)行了研究。這些研究雖然可以控制和預(yù)測數(shù)控機(jī)床的加工精度，但實(shí)際上表明數(shù)控機(jī)床的故障多為功能故障。美、英等國的CNC加工中心領(lǐng)域，大多采集現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)，對故障數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計分析，評價指標(biāo)，但尚無關(guān)于機(jī)床系統(tǒng)可靠性研究的報道1 。日本在民用產(chǎn)品（如汽車、家電等）方面的可靠性研究舉世矚目，但在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，僅限

35、于現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)的收集和分析，從故障診斷入手和分析，尋找故障原因，提出可靠性改進(jìn)措施，對提高機(jī)床產(chǎn)品的可靠性水平起到了積極的作用。1.2 最先進(jìn)的可靠性研究原電子工業(yè)部第五研究所率先開展可靠性工作。 1960年代初，研究所在可靠性評估方面開展了開創(chuàng)性的工作，推動了我國可靠性工程的發(fā)展。 1970年代，我國的可靠性工作從引進(jìn)國外標(biāo)準(zhǔn)材料開始，可靠性工程在電子、機(jī)械、電力、航天、儀器儀表等部門得到應(yīng)用，并取得了不同程度的進(jìn)展3 。 1980年代，我國各可靠性機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)團(tuán)體迅速發(fā)展，在可靠性數(shù)學(xué)、可靠性理論、制度可靠性分析等方面取得了一定的成果。相關(guān)探索。數(shù)控機(jī)床的可靠性設(shè)計有很多方面值得參考。但我們

36、應(yīng)該認(rèn)識到，我國可靠性技術(shù)在工業(yè)和企業(yè)中的應(yīng)用還不廣泛，與先進(jìn)國家相比還有很大差距。此外，中國學(xué)者王國松等人應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)分析了柔性制造系統(tǒng)的失效模式、失效率和可靠性模型。我國對數(shù)控機(jī)床可靠性的研究比較晚，始于1980年代后期。 90年代以來，我國將數(shù)控機(jī)床可靠性基礎(chǔ)研究工作納入“八五”和“九五”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)計劃，制定了數(shù)控系統(tǒng)可靠性測試計劃等一系列標(biāo)準(zhǔn)。對國內(nèi)部分加工中心的故障和維修數(shù)據(jù)進(jìn)行了積累和處理，對國外部分加工中心的可靠性進(jìn)行了初步評估并取得了成果，但國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的整體可靠性水平仍高于國內(nèi)數(shù)控機(jī)床。進(jìn)口數(shù)控機(jī)床。有一個很大的不同。機(jī)床現(xiàn)代診斷技術(shù)是近20年來發(fā)展起來的一門新興學(xué)科。

37、就是在機(jī)床運(yùn)行過程中判斷機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)和時間，采取相應(yīng)的解決方案，提高機(jī)床運(yùn)行的可靠性。機(jī)床的利用率進(jìn)一步提高。在我國機(jī)床可靠性研究中，高校計算機(jī)數(shù)控設(shè)備可靠性研究所開展了大量的研究工作3 。對數(shù)控車床的載荷譜進(jìn)行了初步研究，對數(shù)控車床進(jìn)行了初步的故障分析和維修性分析，并對無故障工作時間進(jìn)行了時間序列分析，得到了無故障工作時間的AR模型。分析了機(jī)床主傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性，初步研究了傳動部件的可靠性設(shè)計。當(dāng)前可靠性技術(shù)的發(fā)展趨勢是：一方面與現(xiàn)代信息科學(xué)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)可靠性技術(shù)的“信息化”，發(fā)展現(xiàn)代可靠性技術(shù)；另一方面，可靠性技術(shù)與具體產(chǎn)品相結(jié)合，根據(jù)不同產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，研究故障分布規(guī)律和演化過

38、程，開發(fā)具有行業(yè)特色的實(shí)用可靠性技術(shù)4 。第二節(jié) 國外電主軸研究現(xiàn)狀目前，我國對電主軸的研究主要是對電主軸某一方面的性能進(jìn)行研究，對電主軸整體可靠性的研究還比較缺乏。于銀民5通過搭建測試平臺深入研究了高速電主軸的誤差測量原理，完成了測試平臺的搭建。采用USB數(shù)據(jù)采集卡和PC機(jī)，在VB6.0編程環(huán)境下，開發(fā)了高速電主軸徑向振動和軸向熱伸長數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。然后，利用紅外溫度傳感器和渦流位移傳感器，對高速電主軸的軸端溫度、軸向熱伸長和徑向振動進(jìn)行了非接觸式測量。并對高速電主軸空載運(yùn)行試驗(yàn)曲線進(jìn)行分析，得出被測電主軸的振動性能和穩(wěn)定時間。最后針對高速電主軸提出了一些誤差補(bǔ)償措施，通過“普傳PI7000.

39、7R5H32變頻器監(jiān)控系統(tǒng)”對變頻器進(jìn)行控制，以達(dá)到調(diào)整電主軸運(yùn)行狀態(tài)的目的，并關(guān)閉-實(shí)現(xiàn)了循環(huán)控制。徑向振動的實(shí)時測量和軸向伸長與補(bǔ)償?shù)难芯繛殡娭鬏S的研究提供了一個實(shí)時動態(tài)的測試系統(tǒng)。馮6基于模態(tài)分析理論，對最高轉(zhuǎn)速為60000 r/min的磨削型高速電主軸進(jìn)行了模態(tài)實(shí)驗(yàn)。介紹了實(shí)驗(yàn)方法，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。提取電主軸的模態(tài)參數(shù)（固有阻尼、振型和頻率），驗(yàn)證其是否滿足高精度加工和生產(chǎn)的要求以及所用實(shí)驗(yàn)方法的正確性。同時，闡明了電主軸振動的主要原因。并且采用隨機(jī)子空間方法識別電主軸的模態(tài)參數(shù)，排除了電主軸工作在共振區(qū)的可能性。胡愛玲7利用ansys軟件對電主軸的結(jié)構(gòu)、動、靜特性進(jìn)行了深入研

40、究，并對其進(jìn)行了優(yōu)化，對提高電主軸的性能具有重要意義。康惠民8 、王永斌9分別研制了電主軸綜合性能測試評價試驗(yàn)臺。測試和評估規(guī)則；后者的控制方法與數(shù)學(xué)模型的相互關(guān)系、動態(tài)測試方法、穩(wěn)態(tài)和動態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立、交叉耦合電壓的解耦效應(yīng)及其對主軸動態(tài)性能的影響。此外，在主軸整體動態(tài)熱模型的建立和溫升影響因素的確定等方面取得了一些理論和實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果，為后續(xù)的高轉(zhuǎn)速研究做出了一定的貢獻(xiàn)。高速電主軸。由于投資大、可靠性現(xiàn)場試驗(yàn)周期長，國內(nèi)對電主軸可靠性的研究相對較少。因此，應(yīng)開展可靠性試驗(yàn)臺的研究。對樣品系列進(jìn)行可靠性測試，為產(chǎn)品可靠性等級提供重要依據(jù)，方便未來的市場投資。國外對電主軸的可靠性進(jìn)行了一些研究

41、。邵軍10在建立可靠性數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上對電主軸的可靠性進(jìn)行了預(yù)測，并提出了提高電主軸系統(tǒng)可靠性的建議。 .嚴(yán)，竇懷洛等。 11針對高速電主軸的高可靠性要求，在高速電主軸現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用動態(tài)設(shè)計方法獲得電主軸和滾動軸承的動態(tài)特性，然后研究了軸向跨度。 、預(yù)緊力、轉(zhuǎn)軸各步外徑、軸承對高速電主軸臨界轉(zhuǎn)速的影響因素，最終得到較為合理的電主軸結(jié)構(gòu)；同時在密封、冷卻、潤滑、材料等方面進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計，滿足高速電主軸的高可靠性要求。可靠性試驗(yàn)臺在國外很少見，建立專用電主軸可靠性試驗(yàn)臺尚屬首例。與其他測試方法相比，該測試臺更適合于對機(jī)床功能部件的可靠性進(jìn)行系統(tǒng)研究。第二章電主軸電主軸結(jié)構(gòu)機(jī)床主

42、軸由機(jī)床安裝電機(jī)直接驅(qū)動，基本取消了皮帶輪傳動和齒輪傳動，將機(jī)床主傳動鏈的長度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了“零傳動”模式。這種“主軸電機(jī)與機(jī)床主軸一體化”的傳動結(jié)構(gòu)，使主軸部件相對獨(dú)立于驅(qū)動系統(tǒng)和機(jī)床整體結(jié)構(gòu)，稱為“主軸單元”，俗稱“電主軸”。 ”。電主軸是一種智能化的功能部件。由于其高速、大功率，需要一系列功能來控制主軸溫升、振動等機(jī)床運(yùn)行參數(shù)，以保證其高速運(yùn)行的可靠性和安全性。圖 2-1 電主軸基本結(jié)構(gòu)電主軸的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、潤滑裝置和冷卻裝置組成。電主軸是高速軸承技術(shù)、冷卻技術(shù)、潤滑技術(shù)、動平衡技術(shù)、精密制造與裝配技術(shù)、高速電機(jī)驅(qū)動技術(shù)的綜合應(yīng)用。其主要特點(diǎn)如下：(1)機(jī)

43、械結(jié)構(gòu)比較簡單，運(yùn)動慣量小，動態(tài)響應(yīng)好。(2)電主軸系統(tǒng)無高精度齒輪等關(guān)鍵傳動部件，杜絕了齒輪傳動誤差。(3)降低了主軸的振動和噪音，提高了主軸的旋轉(zhuǎn)精度。(4)采用交流變頻調(diào)速和矢量控制，輸出功率大，調(diào)速幅度寬，功率轉(zhuǎn)矩特性好。電機(jī)會產(chǎn)生大量熱量，軸承在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下也會產(chǎn)生大量熱量。這兩個熱源構(gòu)成了主軸的主要熱源。如果不加以控制，由此產(chǎn)生的熱變形會降低機(jī)床和軸承的加工精度。電機(jī)的使用壽命需要設(shè)計專門用于冷卻電機(jī)的油冷或水冷系統(tǒng)。主軸的變速由變頻器實(shí)現(xiàn)。高速軸承必須有特殊的潤滑裝置。潤滑方式包括脂潤滑、油氣潤滑和油霧潤滑。高速電主軸一般采用后兩種潤滑方式。為了保證高速旋轉(zhuǎn)部件的安全，還有一系列支

44、持電主軸運(yùn)行的外圍設(shè)備和技術(shù)，如報警裝置、停止傳感器及其相應(yīng)的控制系統(tǒng)。因此，“電主軸”的概念不應(yīng)簡單理解為只是一個主軸，而是在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)監(jiān)控下的一個完整的子系統(tǒng)，如圖2-2所示。圖 2-2 電主軸系統(tǒng)第二節(jié) 電主軸關(guān)鍵技術(shù)電主軸單元是一套組件，是涉及電主軸本身及其附件的系統(tǒng)工程技術(shù)。電主軸單元集成的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾個方面：(1)高速電機(jī)技術(shù)。電主軸是電機(jī)與主軸融合的產(chǎn)物。主軸的旋轉(zhuǎn)部分是電機(jī)的轉(zhuǎn)子。理論上，電主軸可以看作是一個高速電機(jī)。關(guān)鍵技術(shù)是高速動平衡和主軸勵磁的穩(wěn)定性。與驅(qū)動技術(shù)。(2)軸承技術(shù)。由于普通鋼軸承質(zhì)量高，限制了其極限轉(zhuǎn)速，電主軸通常采用瓷球軸承。瓷球軸承分為全瓷軸

45、承和混合瓷軸承兩種。瓷質(zhì)材料具有優(yōu)良的物理、化學(xué)和機(jī)械性能。有時也使用靜壓軸承或電磁懸浮軸承，外圈不接觸，理論上具有無限壽命。(3)潤滑技術(shù)。電主軸的潤滑主要是軸承的潤滑，主要包括油霧潤滑、油氣潤滑和脂潤滑。一般采用油氣潤滑和油霧潤滑，也可采用脂潤滑，但相應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速有限制。油氣潤滑，通常是潤滑油在壓縮空氣的帶動下吹入瓷軸承。在這里，油量的控制非常重要。油太少不會潤滑；如果油太多，在軸承高速旋轉(zhuǎn)時，由于油的阻力，會產(chǎn)生熱量。(4)設(shè)置脈沖編碼器技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)剛性攻絲的自動換刀，需要在電主軸上安裝脈沖編碼器，實(shí)現(xiàn)相位的精確控制，與進(jìn)給量相匹配。(5)矢量變頻技術(shù)。要達(dá)到電主軸每分鐘幾萬甚至幾十萬轉(zhuǎn)

46、的轉(zhuǎn)速，必須采用高頻變頻裝置來驅(qū)動電主軸的高速電機(jī)，輸出頻率變頻器甚至需要達(dá)到幾千赫茲。(6)高速工具的安裝技術(shù)。眾所周知的 BT 和 ISO 刀具不適用于高速加工。在高速加工的背景下，HSK、SKI等高速刀柄已廣泛應(yīng)用于高速電主軸。(7)自動換刀技術(shù)。為了適用于加工中心，電主軸配備了可自動換刀的裝置，包括拉刀缸、碟形彈簧等。(8)冷卻技術(shù)。內(nèi)置電機(jī)和主軸軸承是電主軸的兩個主要熱源。電主軸的冷卻系統(tǒng)主要依靠冷卻液的循環(huán)流動。外水套和水套是電主軸冷卻系統(tǒng)的兩種冷卻方式。第三節(jié) 電主軸基本信息本次測試選用安訊士科技有限公司研發(fā)的170XDS30Q22數(shù)控銑削電主軸?；拘畔⑷缦拢阂?、基本參數(shù)ne=

47、23000r/min nm=30000r/minfe=383.33HZ fm=500HZUe=380V Um=380VPe=22KW Pm=22KW即=39A我=40.5AMe=9.15Nm 毫米=7Nm2、主要技術(shù)精度：靜態(tài)：電主軸錐孔0.003mm電主軸+檢具末端0.008mm電主軸軸向運(yùn)動0.002mm動態(tài)：電主軸以30000r/min運(yùn)轉(zhuǎn)時，其振動V 2mm/S電主軸轉(zhuǎn)速30000r/min時，噪音80db（A）電主軸運(yùn)行4小時后，外殼溫升25三、基本外觀及安裝尺寸及結(jié)構(gòu)要素(1)外觀及安裝尺寸：170h6350 +12072+60(2) 法蘭22025中段花園1940.15安裝6-M

48、8六角(3) 前軸承組：2-VEX45/NS 7CE1 DDL 后軸承組：2-VEX45/NS 7CE1 DDL(4) 安裝HSKE-40刀柄（用戶自備）和HSKE40拉爪OTT松拉系統(tǒng)配備雙向油缸拉刀力560Kg釋放力850 Kg進(jìn)油缸油壓3MPa(5) 配備歐姆龍拉刀釋放拉刀接近開關(guān)(6) 配備MCW-25-01精密冷水機(jī)(7) 配備意大利西部科技的4路油氣裝置(8)主軸前后軸承油氣潤滑油為32#透平油進(jìn)口壓力0.5-0.8MPa，出口壓力0.2-0.25MPa油耗：1滴/分鐘（9）配備MCW -25C-01精密水冷器，對主軸電機(jī)及前后軸承進(jìn)行冷卻，進(jìn)入主軸冷卻腔的介質(zhì)溫度15冷卻水配方：

49、2%無水碳酸鈉、1%亞硝酸鈉、97%水第四節(jié) 電主軸受力計算這里省略了 NNNNNNNNNNNN 一詞。如需完整的說明書和設(shè)計圖紙等，請聯(lián)系按鈕：97192800提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計下載！論文已通過答辯電主軸在實(shí)際工作狀態(tài)下的作用力就是切削力。 加工技術(shù)手冊中對切削力的定義如下：切削過程中，刀具切入工件使被加工材料發(fā)生彈性和塑性變形所需的力稱為切削力。切削力來源于切削過程：克服切削變性和材料塑性變形所需的阻力； 克服切削在前刀面上的摩擦力和刀具后刀面在加工面和過渡面上的摩擦力所需的阻力。 在切削變形區(qū)克服材料彈性變形所需的阻力。由于切削力的大小和方向在切削過程中受很多因素的影響，它們不是固定的

50、。為了便于分析測量，將切削力分解為三個垂直于坐標(biāo)軸的分力或力矩，如圖1所示。查閱加工工藝手冊，得到銑削力和銑削功率的計算公式如下：扭矩(Nm)： .根據(jù)立銑、硬質(zhì)合金刀具加工碳素結(jié)構(gòu)鋼和逆銑估算背向力和進(jìn)給切削力：回刀力度： 。 進(jìn)給切削力： 將電主軸的額定扭矩帶入公式，根據(jù)HSKE-40刀柄標(biāo)準(zhǔn)，取但：摘 要：摘 要為了模擬真實(shí)的工況，需要加上的軸向力，即加載的徑向力是總和的合力，即： 。因此，要加載的軸向力為343.125N，徑向力為943.16N?？紤]切削過程中的動態(tài)因素和其他不穩(wěn)定因素，最大軸向力按400N設(shè)計，最大徑向力按1000N設(shè)計。圖1 刀具力分解圖第三章加載機(jī)構(gòu)設(shè)計測功機(jī)是功

51、率測試中的重要設(shè)備。它可以在測試過程中吸收被測設(shè)備的功率和扭矩，并通過變頻器對測功機(jī)的控制來改變被測設(shè)備的速度、扭矩和功率。因此，選擇測功機(jī)進(jìn)行扭矩加載。軸向力和徑向力以伺服電機(jī)為動力源以機(jī)械接觸載荷加載，然后通過錐齒輪減速器傳遞給安裝在電主軸試桿上的向心滾動軸承和平面滾動軸承；還有兩組勵磁繞組在軸側(cè)和軸端面實(shí)現(xiàn)非接觸加載8 。接觸載荷在轉(zhuǎn)速不高時具有很強(qiáng)的實(shí)用性，但在高速主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，軸承受到動態(tài)力，會產(chǎn)生大量的熱量和磨損。為了延長軸承的使用壽命，需要增加冷卻系統(tǒng)和潤滑。系統(tǒng)。在高速情況下，冷卻系統(tǒng)一般采用水冷，潤滑系統(tǒng)一般采用油氣或油霧潤滑。這兩個系統(tǒng)安裝起來會很復(fù)雜，需要很大的空間，而

52、且電主軸的測試桿不宜過長，空間有限。 ，加載難以實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致加載系統(tǒng)的可靠性與電主軸的可靠性不一樣，導(dǎo)致可靠性試驗(yàn)失敗。在非接觸磁力加載中，加載軸向力，勵磁繞組放置在主軸的軸線上。由于主軸上的軸向力是在刀具的圓周上，而不是在軸線上，所以勵磁繞組放在側(cè)面。更能反映切削情況。其整體結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示。 .1 電動測功機(jī) 2 彈性聯(lián)軸器 3 電磁鐵4 導(dǎo)磁體 5 非接觸式電磁激振器 6 瓷試棒 7 電主軸圖3-1 可靠性測試平臺結(jié)構(gòu)圖非接觸式勵磁機(jī)的五種結(jié)構(gòu)是兩組勵磁繞組，一組直流繞組和一組交流繞組。為了避免電磁鐵3的勵磁、勵磁機(jī)5和電主軸7相互干擾，中間試棒6采用陶瓷材料制成。充磁機(jī)4采用目前磁性

53、最高的永磁材料釹鐵硼（NdFeB），其磁能積在2750MGoe之間。高速對聯(lián)軸器2要求較高，采用彈性膜片聯(lián)軸器。第 1 節(jié) 扭矩載荷設(shè)計測功機(jī)作為旋轉(zhuǎn)動力源輸出性能的常用測試設(shè)備，在電機(jī)等動力源的轉(zhuǎn)速、扭矩、輸出功率的測試和檢驗(yàn)中發(fā)揮著不可替代的作用。可變負(fù)載轉(zhuǎn)矩并吸收其功率。試驗(yàn)時，測功機(jī)的轉(zhuǎn)軸和被測裝載機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過高速聯(lián)軸器與被測電機(jī)的輸出軸連接，裝載機(jī)轉(zhuǎn)軸上安裝光柵盤，以實(shí)現(xiàn)測試結(jié)果。測量電機(jī)同步轉(zhuǎn)速的目的；通過控制加載電壓或電流，控制加載器加載被測電源，加載力的大小可通過控制儀表調(diào)節(jié)。扭矩數(shù)字顯示。結(jié)合其他測試輔助設(shè)備，可測試各類電機(jī)的輸入電壓、電流、輸出轉(zhuǎn)矩和功率、轉(zhuǎn)速、功率因數(shù)和效

54、率，完成被測電機(jī)的動態(tài)性能測試。測功機(jī)按裝載機(jī)工作方式可分為液壓測功機(jī)、磁粉測功機(jī)、電動測功機(jī)等。電動測功機(jī)包括直流測功機(jī)、交流測功機(jī)、渦流測功機(jī)。測功機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在10000r/min左右，超過20000rpm是相當(dāng)困難的。運(yùn)行過程中會產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動和刺耳的噪音，并且軸承會迅速升溫，其可靠性很低12 。本次選用的電主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)22000r/min，實(shí)驗(yàn)要求可達(dá)18000r/min，輸出功率為22Kw。1.1 測功機(jī)的選擇液壓測功機(jī)是利用水中物體運(yùn)動產(chǎn)生的摩擦阻力來吸收發(fā)動機(jī)動力的測功裝置。在汽車行業(yè)，它已逐漸被渦流測功機(jī)所取代，但由于其單位轉(zhuǎn)動慣量的扭矩吸收能力強(qiáng)，仍被廣泛用于大功率測功機(jī)和

55、耐久性試驗(yàn)。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、吸收速度快、功率大、操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定。缺點(diǎn)是控制不方便，測量精度差，難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操控和自動調(diào)節(jié)。它由測力機(jī)構(gòu)、供水系統(tǒng)和制動器三部分組成?？煞譃槿~片式、水阻柱式和圓盤式三種。目前國內(nèi)液壓測功機(jī)功率可達(dá)20Kw，最高轉(zhuǎn)速在10000rpm以下。磁粉測功機(jī)的線圈通過電流時會產(chǎn)生磁場，磁場會將磁粉沿磁力線方向排列成磁鏈，磁粉產(chǎn)生的拉力鏈條會阻礙主軸的轉(zhuǎn)動，這就是負(fù)載扭矩。負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小可以通過改變勵磁電流的大小來改變。磁粉測功機(jī)由實(shí)心轉(zhuǎn)子、定子、磁粉介質(zhì)、勵磁線圈、支架、底板等組成。其特點(diǎn)如下： 操作方便，只需調(diào)整勵磁電流的大小即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩。 靜轉(zhuǎn)矩平滑，無

56、齒槽轉(zhuǎn)矩和剩磁轉(zhuǎn)矩。 測功機(jī)扭矩的產(chǎn)生是由磁粉鏈的拉力形成的，扭矩變化無影響。 轉(zhuǎn)子為中空鼓形轉(zhuǎn)子，慣性小，可承受較大的離心力。 無摩擦結(jié)構(gòu)，使用壽命長。磁粉測功機(jī)功率達(dá)不到20Kw，使用水冷設(shè)備時功率可以達(dá)到15Kw，但最高轉(zhuǎn)速基本在1200rpm左右，磁粉測功機(jī)不能滿足要求。直流測功機(jī)一般由直流發(fā)電機(jī)和控制器組成。直流發(fā)電機(jī)作為負(fù)載，所產(chǎn)生的電能通過其負(fù)載反饋控制器（逆變器）反饋到輸入端，并與扭矩傳感器相匹配，即構(gòu)成一個性能優(yōu)良的負(fù)載系統(tǒng)。直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩為T=KTIa，即轉(zhuǎn)矩與磁通量和電樞電流成正比。對于直流電機(jī)的勵磁，只要勵磁電流不變，轉(zhuǎn)矩只與電樞電流成正比。直流測功機(jī)就是利用這一原理

57、穩(wěn)定地調(diào)節(jié)扭矩。但直流測功機(jī)轉(zhuǎn)速最高可達(dá)4000rpm，轉(zhuǎn)速達(dá)不到實(shí)驗(yàn)要求。渦流測功機(jī)是利用渦流產(chǎn)生制動力矩來測量機(jī)械力矩的裝置。它由測功機(jī)、電磁滑動離合器和測速發(fā)電機(jī)組成。磁極安裝在測力臂上并受到約束，只能擺動一定角度。配合測力計，可直接從擺角讀取電樞與磁極之間的電磁力矩；被測電源與電磁滑動離合器的輸入軸連接，驅(qū)動銜鐵轉(zhuǎn)動。在省略風(fēng)摩擦損失等測量誤差的情況下，電磁轉(zhuǎn)矩等于被測動力機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。渦流測功機(jī)只能產(chǎn)生制動力矩，不能一直作為電機(jī)運(yùn)行。一般用于測量動力源轉(zhuǎn)速增大而扭矩減小的動力源，或扭矩變化但轉(zhuǎn)速基本不變的動力源。其主要特點(diǎn)： 控制器采用單相交流電源，控制功率小； 輸入調(diào)速范圍廣，可用

58、于變頻調(diào)速等各類電機(jī)、動力機(jī)械的型式試驗(yàn)； 水冷、低振動、低噪音； 扭矩的測量可以使用電子秤、高精度扭矩和速度測量儀表或壓力傳感器等，適用于測量精度不同的場合； 價格低廉，使用維修方便，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定； 該裝置還可以作為制動器使用，制動力矩大。交流功率測功機(jī)功率可達(dá)22Kw，轉(zhuǎn)速可達(dá)18000rpm。最終選用誠邦測控技術(shù)研發(fā)的DLG22懸掛式交流功率測功機(jī)。1.2 DLG22懸掛式交流功率測功機(jī)如圖 3-2 所示。交流功率測功機(jī)利用發(fā)電機(jī)的原理，吸收電主軸發(fā)出的能量并反饋給電網(wǎng)。從節(jié)能的角度來看，它具有很大的優(yōu)勢。選用的交流測功機(jī)由懸掛式交流電機(jī)、張力壓力傳感器測力裝置、轉(zhuǎn)速傳感器、安裝底

59、座和與動力機(jī)連接的法蘭組成，ACS800系列交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，可四步運(yùn)行象限和交流測功機(jī)。功率測功機(jī)測控儀表組成。其優(yōu)點(diǎn)如下：(1)節(jié)能型液壓渦流測功機(jī)的基本原理是將原動機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，通過水冷卻后帶走。原動機(jī)發(fā)出的能量無法回收，在轉(zhuǎn)換過程中也消耗能量。電動測功機(jī)可以將原動機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能回饋電網(wǎng)供其他設(shè)備使用。(2)雙向加載拖曳特性液壓測功機(jī)只能單向加載，當(dāng)速度低于一定值時加載性能變差；不能作為反向拖動裝置使用，需要進(jìn)行發(fā)動機(jī)機(jī)械效率測試時需要額外拖動。移動設(shè)備。渦流測功機(jī)可以雙向加載，但低速加載性能比水力測功機(jī)差，不能作為反向拖動裝置。當(dāng)需要進(jìn)行發(fā)動機(jī)機(jī)械效率測試時，需要

60、額外的拖動裝置。電動測功機(jī)可輕松實(shí)現(xiàn)雙向加載，在轉(zhuǎn)速達(dá)到0r/min時仍能提供足夠的加載能力；其負(fù)載特性是從零速到額定轉(zhuǎn)速的恒轉(zhuǎn)矩，從額定轉(zhuǎn)速到最大轉(zhuǎn)速的恒功率。特性完全符合動力機(jī)械的負(fù)載特性；此外，電動測功機(jī)可作為動力機(jī)械反向拖動的原動機(jī)，可作為機(jī)械效率試驗(yàn)的動力和發(fā)動機(jī)的啟動動力。(3)瞬態(tài)加載特性液壓測功機(jī)的加載響應(yīng)時間基本以秒為單位，電動測功機(jī)的主要加載響應(yīng)時間為ms，主要取決于變頻器的階躍響應(yīng)和系統(tǒng)的慣量；對于 ACS800 本身，控制信號的階躍響應(yīng)時間小于 5ms。(4) 抗阻力特性水力測功機(jī)和渦流測功機(jī)本身只消耗原動機(jī)的能量，不能提供驅(qū)動力，不能作為抗阻力設(shè)備使用。電動測功機(jī)可以