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高速电主轴综合性能测试及若干关键技术研究

周大帅  
【摘要】:本文是在北京市科委计划项目:《数控装备系统测试与评价共性技术研究及应用》(项目编号为:XJZZ0704)课题的资助下,对电主轴的若干关键技术在测试平台上分别进行了研究和测试,得出了满意的结果;希望可以由已往的主轴单项检测或模拟分析,改由此测试平台来做主轴整体检测分析,借此来优化电主轴结构、减少主轴振动、噪声和热传导等问题,以便更好地掌握电主轴的静动态特性等相关关键技术,以确保主轴的优良性能。针对高速电主轴系统的复杂性,论文主要做了以下几个方面的工作: (1)主轴回转误差是反映主轴动态性能好坏的关键指标之一,也是影响机床加工精度的重要因素之一。论文在深入研究主轴回转误差测试理论的基础上,根据数理统计法误差分离技术,搭建了一套基于虚拟仪器的适用于高速高精度主轴回转精度测量系统;该系统具有软件分度功能,可以简便、准确地测量各工况状态下回转精度,同时把该系统的测试结果与ASME测试标准结果相对比,二者结果吻合,证明基于数理统计法误差分离技术的可靠性和准确性。 (2)依据频响函数的测试理论和方法,本文提出了一种新的激振实验方案--分时快速稳态正弦扫频激振频响函数测量系统及方法,该系统采用稳态正弦激振,激振功率大、能量集中,高阶模态容易被击出来;激励响应选用稳态数据,具有较高信噪比(高于75dB);具有较高频率分辨率(由数据采集卡精度决定),且整周期采样,测量结果精度高,可靠性高。 (3)通过对预紧力和系统固有频率的关系的研究,本文提出了一种新的确定预紧力的方法--基于等效单自由度的轴承预紧的测量系统及方法。即:根据固有频率来获取轴承实际所承受的预紧力的大小,该方法揭示了轴承预紧力随系统固有频率变化的内在关系。结果表明,该方法试验性能稳定,测试数据可靠,从一定程度上反映了轴承的预紧特性。 (4)结合我国相关的测试标准,依据AMSE、ANSI、德国VDI/DGQ3441等国际标准,以及课题合作单位实际生产电主轴的测试经验和使用用户的要求,全面系统地介绍了电主轴综合测试系统的各项测试目的、任务及方法,对全面、客观地测试评价电主轴系统进行了的整体结构设计,为下一步的测试实验提供方法和理论依据。 (5)针对北京某机床厂生产的CDHA512型电主轴要进行综合性能测试与评价的要求,开发了一套基于PC机的计算机虚拟仪器测试系统,该测试系统包括硬件、软件两部分。硬件部分包括测试试验台及其附件以及各种测试仪器设备。软件部分包括基于LabVIEW环境下开发的能实现各测试实验功能的电主轴综合性能测试系统,该测试系统可以完成:①电主轴温升测量;②主轴热变形测试;③调速负载特性实验;④回转精度数据采集及数据分析;⑤动静特性实验;⑥轴承预紧状态测量等六项测试,并对实验结果进行了分析和探讨。 综上所述,电主轴单元是一综合套组件,它是一项涉及电主轴本身及其附件的系统工程,研究电主轴相关的关键技术,开发电主轴的综合性能测试与评价试验台,既可以为生产商提高电主轴产品的综合性能优劣、产品性能升级提供参考和依据,还可以给用户提供比较空间,做为购买设备的依据。


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