数控铣床主轴系统动平衡在线监测方法研究

摘要

随着制造业的发展，数控加工机床正朝向高速、高效、高精密的方向发展。为了提高机床加工精度，将机床主轴的振动响应控制在一定范围内成为了关键所在。机床主轴系统的动平衡测试则是影响机床主轴振动的关键因素之一，因此，有必要对之进行研究，从减少主轴系统的动平衡振动要素入手，针对我公司生产的数控铣床主轴系统特点，本课题主要研究了动平衡在线监测方法，阐述了数控铣床主轴系统、刚性转子动平衡振动识别和振动信号分析，进行了数控铣床主轴系统动平衡在线监测实验，并详细分析了实验结果。
　　本文内容主要包括3个部分:
　　一、分析国内外动平衡识别方法和信号分析方法研究现状，数控铣床主轴系统及动平衡技术的相关性，数铣主轴动平衡检测密切相关的精度影响因素，明确动平衡检测所需的技术方法。
　　二、针对振动识别量，介绍了动平衡测试系统和基于影响系数法的动平衡振动识别方法，动平衡监测振动分析系统特性，基于被测参量转换和锁相实现整周期采样的振动信号提取及傅立叶变换分析的振动信号数据处理方法。
　　三、进行了主轴系统动平衡在线监测，对主轴系统建模进行振型分析，研究主轴系统固有频率、转频和齿轮箱啮合频率分析，通过滑枕在同一位置伸出与不伸出、同转速不同滑枕位置和不同档位数据对比分析主轴系统振动情况。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 动平衡识别方法

1．2．2 动平衡信号分析方法

1．3 本文的主要工作

1．4 课题来源

1．5 本章小结

第2章 数控铣床主轴系统

2．1 影响数控铣床主轴系统精度的主要因素

2．2 数控铣床主轴传动方式

2．2．1 主轴系统电机通过齿轮变速箱带动传动轴对铣轴传动

2．2．2 电机通过齿轮变速箱带动碳纤维传动轴对铣轴传动

2．2．3 一级带传动变速

2．2．4 电主轴直接驱动方式

2．2．5 电机→变速箱→铣轴直连驱动方式

2．3 数控铣床主轴轴承安装方式

2．3．1 成组安装角接触球轴承加成对安装角接触球轴承

2．3．2 双列圆柱滚子轴承加双向角接触球轴承加双列圆柱滚子轴承

2．3．3 成对安装角接触球轴承加成对安装角接触球轴承

2．3．4 双列圆柱滚子轴承加角接触球轴承组

2．3．5 成组安装角接触球轴承加双列圆锥滚子轴承

2．4 本章小结

第3章 刚性转子动平衡振动识别与信号分析

3．1 刚性转子不平衡

3．2 动平衡在线监测系统

3．2 动平衡振动要素

3．3 动平衡振动的条件及特点

3．4 动平衡振动识别方法

3．5 本章小结

第4章 动平衡监测振动信号分析

4．1 动平衡监测振动分析系统

4．2 振动信号采集

4．2．1 转子动平衡信号特征

4．2．2 测振传感器

4．2．3 转速传感器

4．3 振动信号的提取

4．3．1 转换被测参量

4．3．2 锁相实现整周期采样

4．4 振动数据处理与信号分析

4．5 本章小结

第5章 数控铣床主轴动平衡实验

5．1 主轴动平衡实验背景及工作方法

5．2 主轴系统固有频率、转频和齿轮箱啮合频率

5．2．1 主轴系统振型分析

5．2．2 转频与啮合频率

5．3 数据对比分析

5．3．1 滑枕在同一位置的测试数据分析

5．3．2 同一转速下，不同滑枕位置的数据对比分析

5．3．3 不同档位的数据对比分析

5．4 本章小结

第6章 数控铣床主轴动平衡在线监测试验

6．1 课题设计条件

6．2 测试过程

6．2．1 主轴传动箱模态的测点布置

6．2．2 振动测试测点传感器布置

6．2．3 各种工况下的振动信号采集点布置

6．2．4 测试工况介绍

6．3 固有振动特性(模态)数据分析

6．4 主传动系统故障诊断分析

6．4．1 数据准备——传动链分析

6．4．2 环境噪声

6．4．3 溜板在横梁中间，主传动末端信号数据分析

6．4．4 溜板在横梁中间，主传动链上信号传递数据分析

6．5 主传动系统故障诊断结论

6．6 主轴系统传动链故障诊断分析

6．6．1 数据准备——传动链分析

6．6．2 测试数据分析

6．6．3 主轴系统传动链故障诊断结论

6．7 对于测试中存在的问题与思考

6．7．1 关于测试参数的问题

6．7．2 关于660Hz频率的问题

6．7．3 关于百分表测量振动的问题

6．7．4 关于“转速升高，指针摆动增大”的分析

6．8 本章小结

结论

参考文献

致谢