本文選題：電主軸 + 綜合性能　； 參考：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：電主軸作為數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵功能部件,其性能優(yōu)劣直接影響數(shù)控機(jī)床的整機(jī)性能。為增強(qiáng)我國(guó)電主軸技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力、提高市場(chǎng)占有率,提升國(guó)產(chǎn)電主軸綜合性能水平已經(jīng)迫在眉睫。隨著電主軸各項(xiàng)性能的不斷提高,對(duì)于電主軸性能檢測(cè)方面的需求不斷凸顯,研究也不斷深入。目前國(guó)內(nèi)能夠進(jìn)行工況模擬加載的電主軸綜合性能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于空白狀態(tài),因此,對(duì)可進(jìn)行工況模擬加載的電主軸綜合性能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研制具有重要的工程實(shí)際意義。本文以國(guó)產(chǎn)電主軸為研究對(duì)象,開展電主軸綜合性能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研制工作。首先,通過對(duì)電主軸結(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)行分析,確立了各性能指標(biāo)及對(duì)應(yīng)的特征量;進(jìn)而完成了電主軸綜合性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)硬件系統(tǒng)的搭建,并開發(fā)了基于Lab VIEW的電主軸綜合性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)軟件系統(tǒng);最后,結(jié)合兩項(xiàng)實(shí)例詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的應(yīng)用。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:1.電主軸及其性能指標(biāo)分析。通過介紹電主軸的結(jié)構(gòu)及工作原理,結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),以及電主軸生產(chǎn)廠家及用戶對(duì)電主軸性能檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn),給出電主軸性能檢測(cè)的各項(xiàng)性能指標(biāo),其中包括:電主軸動(dòng)態(tài)特性、靜態(tài)特性、負(fù)載特性、回轉(zhuǎn)誤差、溫度特性、噪聲特性及振動(dòng)特性,并對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了特征量分析。2.電主軸綜合性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)硬件系統(tǒng)的搭建。首先,結(jié)合各項(xiàng)性能指標(biāo),分析了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)具備的功能,進(jìn)一步的完成了綜合性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)技術(shù)路線的設(shè)計(jì),基于現(xiàn)有的電主軸可靠性實(shí)驗(yàn)臺(tái),完成了電主軸綜合性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建,并介紹硬件系統(tǒng)的組成部分。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以進(jìn)行工況模擬加載的電主軸綜合性能檢測(cè),實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括:電主軸本體及附件、加載裝置、性能檢測(cè)模塊、信號(hào)調(diào)理與分析模塊四大部分。3.電主軸綜合性能實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)的編制。針對(duì)電主軸綜合性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)硬件系統(tǒng),完成了基于Lab VIEW的電主軸綜合性能實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)的編制。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)性能參數(shù)采集,實(shí)時(shí)顯示,實(shí)時(shí)信號(hào)處理、降噪,數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)等功能。其中信號(hào)處理方面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的時(shí)域分析、頻域分析、短時(shí)傅里葉分析和小波分析等多種信號(hào)處理功能;在降噪方面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的閾值降噪、運(yùn)動(dòng)平均降噪和小波降噪等多種降噪功能;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析方面,可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及分析。4.基于所設(shè)計(jì)電主軸綜合性能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),完成了對(duì)電主軸回轉(zhuǎn)誤差的檢測(cè)及相關(guān)技術(shù)研究。首先,利用激光位移傳感器對(duì)回轉(zhuǎn)誤差進(jìn)行檢測(cè);然后,采用兩點(diǎn)法進(jìn)行誤差分離,并采用諧波小波對(duì)所采集信號(hào)進(jìn)行濾波降噪;最后,創(chuàng)新性的提出利用模擬退火算法擬合最小包絡(luò)圓,保證回轉(zhuǎn)誤差評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性,并完成了對(duì)回轉(zhuǎn)誤差的評(píng)價(jià)。5.基于所設(shè)計(jì)電主軸綜合性能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),完成了對(duì)電主軸不平衡的檢測(cè)及相關(guān)技術(shù)研究。首先通過Hypermesh軟件對(duì)170XDS30Y22型號(hào)電主軸進(jìn)行模態(tài)分析,判斷其剛、柔性,進(jìn)一步推導(dǎo)出電主軸不平衡時(shí)的附加載荷,分析出不平衡產(chǎn)出的特征信號(hào)包括振動(dòng)、軸心軌跡及回轉(zhuǎn)誤差,然后對(duì)該電主軸進(jìn)行了振動(dòng)實(shí)驗(yàn)、軸心軌跡及回轉(zhuǎn)誤差檢測(cè)實(shí)驗(yàn),通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果研究了電主軸不平衡狀態(tài)下的特征信號(hào)特點(diǎn),并對(duì)振動(dòng)信號(hào)分別進(jìn)行EMD、EEMD分解,最終基于支持向量機(jī)對(duì)電主軸不平衡特征信號(hào)檢測(cè)方案進(jìn)行了優(yōu)選,為電主軸不平衡故障的診斷和預(yù)警研究打下了基礎(chǔ)。本文所開發(fā)的電主軸綜合性能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),可以在模擬實(shí)際工況加載的情況下,對(duì)電主軸的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè),具有重要的工程實(shí)際意義,它不但為電主軸綜合性能實(shí)驗(yàn)的開展提供有力保障,同時(shí)可以基于該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)完成多項(xiàng)與性能檢測(cè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究,為后續(xù)在電主軸性能檢測(cè)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、狀態(tài)識(shí)別、故障機(jī)理等方面的研究提供實(shí)驗(yàn)條件。
[Abstract]:As the key functional component of the CNC machine tool, the electric spindle has a direct effect on the performance of the CNC machine tool. It is imminent to enhance the technical competitiveness of the spindle of our country, improve the market share and improve the comprehensive performance level of the home-made spindle. With the continuous improvement of the various properties of the spindle, the performance of the spindle is tested. The demand for the surface of the motorized spindle is in a blank state. Therefore, the development of the experimental system for the integrated performance of the motorized spindle which can be simulated and loaded is of great practical significance. This paper takes the domestic spindle as the research object. First, through the analysis of the structure and working principle of the motorized spindle, the performance indexes and the corresponding characteristic quantities are established, and the hardware system of the electrical spindle comprehensive performance test platform is built, and the software system of the experimental platform of the integrated performance of the spindle based on Lab VIEW is developed. Finally, the application of the system is introduced in detail with two examples. The main contents of this paper are as follows: 1. electric spindle and its performance index analysis. By introducing the structure and working principle of the motorized spindle, combining the national standard, industry standard, and the experience of the spindle manufacturer and user on the performance testing of the spindle, the performance inspection of the electric spindle is given. Various performance indexes including the dynamic characteristics, static characteristics, load characteristics, rotary error, temperature characteristics, noise characteristics and vibration characteristics of the spindle, and the construction of the hardware system of the.2. electrical spindle comprehensive performance test bench. First, the experimental system should be analyzed with various performance indexes. The design of the technical route of the comprehensive performance test platform is completed further. Based on the existing reliability test platform of the electric spindle, the construction of the experimental platform for the integrated performance of the motorized spindle is completed and the components of the hardware system are introduced. The experimental platform can carry out the comprehensive performance detection of the motorized spindle with the simulated loading condition, and the experimental platform includes the power owner. The axis body and accessories, the loading device, the performance testing module, the signal conditioning and analysis module four most of the.3. electrical spindle comprehensive performance experiment software system. According to the hardware system of the electrical spindle comprehensive performance test platform, the software system for the integrated performance experiment of the spindle based on the Lab VIEW is completed. The system can realize the performance parameters. Acquisition, real-time display, real-time signal processing, noise reduction, data processing, storage and other functions. In the signal processing, the signal processing functions can be realized in time domain analysis, frequency domain analysis, short time Fourier analysis and wavelet analysis. In the noise reduction, the threshold de-noising of the signal, motion averaging and wavelet denoising can be realized. The storage and analysis of data and history data can be stored and analyzed in data storage and analysis. Based on the integrated performance experiment system of the designed electric spindle,.4. has completed the detection of spindle gyration error and related technology research. First, the rotation error is detected by the excitation displacement sensor; then, The error separation is carried out by two points method, and the harmonic wavelet is used to filter and denoise the collected signals. Finally, the innovation is proposed to use the simulated annealing algorithm to fit the minimum envelope circle to ensure the accuracy of the gyration error evaluation. And the evaluation of the gyration error is completed based on the integrated performance experiment system of the designed electric spindle based on the design of the.5.. Research on the imbalance detection of electric spindle and related technology research. First, the modal analysis of 170XDS30Y22 model electric spindle is carried out through Hypermesh software to judge its stiffness and flexibility, and further deduce the additional load when the electric spindle is unbalance, and analyze the characteristic signals of the unbalanced output, including vibration, axis trajectory and rotation error, and then the electricity is applied to the electric spindle. The spindle has carried on the vibration experiment, the axis trajectory and the rotation error detection experiment. By comparing the experimental results, the characteristics of the characteristic signals under the unbalanced state of the motorized spindle are studied, and the vibration signals are EMD and EEMD decomposed respectively. Finally, the optimization of the unbalance characteristic signal detection scheme of the spindle is selected based on the support vector machine. The integrated performance experiment system developed in this paper can detect all the performance indexes of the spindle under the condition of loading the actual working conditions, and it has important practical significance. It not only provides a powerful guarantee for the development of the comprehensive performance experiment of the spindle. At the same time, a number of experimental studies related to performance detection can be completed based on the experimental system, and the experimental conditions are provided for subsequent research on the performance detection, state monitoring, state recognition, and failure mechanism of the spindle.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG659

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本文編號(hào)：1958646