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电主轴监控系统设计设计

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电主轴监控系统设计设计电主轴监控系统设计【摘要】文章以高速电主轴监控系统为研究对象，分析了机床电主轴需要检测的几个主要参数、系统主要硬件构成和上位机监控软件labviw的主要功能。

通过电主轴专用实验平台采集分析机床主轴的振动信号、电机轴承温度、轴向位移及相关状态参数。

经采集系统分析后，可通过指示灯为缺乏主轴、轴承知识的一线工人提供判断信息。

该系统能够及时识别机床主轴的状态、发现故障的早期症状，从而可以及时消除故障隐患，避免破坏性事故的发生，为专业人员在机床主轴的优化设计、检修方面提供了坚实的技术基础。

【关键词】Labview软件；电主轴；在线监控；轴承温度；轴向位移Give or get an electric shock a principal axis supervisionsystem designZhangYajun（Grade07，Class03 ，Major Mechanical Design, Manufacturing and Automation，Mechanical Engineering Dept，shaaxi University ofTechnology hanzhong 723003，shaanxi）Tutor:Huang Chong Li【Summary 】The article at a high speed gives or gets an electric shock the principal axis supervision's system as research object and analyzed a tool machine electricity principal axis a few main parameters, system that need to be examined main hardware the composing and place of honor machine supervise and control the main function of software labviw.Pain conduct electricity principal axis appropriation the experiment platform collect the vibration signal of analyzing the tool machine principal axis and turn soon, electrical engineering and front and back the bearings temperature, stalk move to and related status parameter.After collecting system analysis, can pass indicator for lack thefront-line worker of principal axis, bearings knowledge to provide judgment information.The system can identify the status of tool machine principal axis and discover the earlier period symptom of breakdown in time, can get rid of to break down in time thus concealed suffer from, avoid a destructiveness of the occurrence of the trouble, for the professional personnel is in the tool machine principal axis of excellent turn to design, the check fixed aspect to provide solid technique foundation.【Keyword 】Labview software;Give or get an electric shock a principal axis;On-line supervision;Bearings temperature;The stalk moves toward毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日目录目录第一章前言 (1)1.1选题背景 (1)1.2设计目的 (1)1.3总体设计方案 (1)第二章系统硬件部分设计 (3)2.1电主轴部分设计 (3)2.1.1电主轴选择 (3)2.2数据采集卡部分设计 (4)2.2.1概述 (4)2.2.2 I/O接口设备PCI-6221数据采集卡 (4)2.3信号调理模块 (5)2.3.1概述 (5)2.3.2信号调理模块的选择 (6)2.3.3信号调理模块的功能 (7)2.4传感器部分设计 (8)2.4.1 温度传感器 (8)2.4.2 振动和位移传感器部分设计 (9)第三章数据采集系统部分设计 (11)3.1 系统实现的功能特点 (11)3.2 系统前面板设计 (12)3.2.1登录系统 (12)3.2.2通道参数配置 (14)3.2.3实时数据显示 (15)3.2.4历史数据查询 (16)3.2.5报警记录 (18)第四章系统软件设计及其相关技术 (19)4.1软件平台选择 (19)4.1.1 图形化编程软件平台LabVIEW (19)4.2系统的应用软件编制 (19)4.2.1启动系统 (19)4.2.2系统登录模块 (20)4.2.3用户管理模块 (21)4.2.4数据采集模块 (22)4.2.5数据存储模块 (23)4.2.6数据回放模块 (24)4.2.7报警及记录模块 (26)第五章总结 (27)致谢 (27)参考文献 (29)第一章前言1.1选题背景随着数控机床在我国的广泛应用，电主轴是数控机床的关键功能部件之一, 主轴的好坏直接影响机床性能。

由于主轴单元中, 转子、壳体、轴承密封等部分的机构及加工和安装方面的缺陷, 机床运行时引起振动, 过大的振动又往往是机器破坏的主要原因,为了保持机床良好的技术状态和维修方面的便捷,需要对其重要参数进行全面的监测与研究。

近年来, 随着计算机软件的大量开发和先进的监测理论的应用, 由在线监视主轴工况离线分析诊断主轴状态, 发展成为在线监视与诊断主轴运行状态, 监测软件系统趋向智能化, 使电主轴的监视与专家系统更能按照人们的愿望实现对其进行健康的管理。

1.2设计目的了解电主轴在数控机床发展中的重要作用，了解其基本结构和工作原理。

掌握传感器具体安装方法，学会用labview虚拟仪器和采集卡进行多路数据采集1.3总体设计方案主轴监控系统的主体为传感器、信号调理系统、数据采集卡及PC终端构成的硬件系统。

由图1.1可知系统采用传感器为数据采集元件，经过信号调理系统的处理，再通过采集卡A/D 转换卡将模拟信号转换成为数字信号，送入计算机实现数据的存储、分析和处理图1.1 硬件组成原理第二章系统硬件部分设计2.1电主轴部分设计2.1.1电主轴选择数控机床已经在我国广泛应用且越来越多的发挥着重要作用，这次设计选择了德国GMN公司用于加工中心和铣床的电主轴注：HCS矢量控制；OL油气润滑；G:永久油脂润滑；SK ISO表2.1 电主轴其型号和参数图2.2 数控机床电主轴内部的简单结构图图2.3 电主轴内部结构外观图2.2数据采集卡部分设计2.2.1概述虚拟仪器的硬件平台由计算机和I/O接口设备两部分组成。

I/O接口设备主要执行信号的输入采集、放大与模/数或数/模转换的任务。

I/O接口设备的驱动是虚拟仪器实现对真实物理信号采集的基础。

因此，I/O接口设备的驱动是虚拟仪器系统的重要环节。

2.2.2 I/O接口设备PCI-6221数据采集卡NI PCI-6221(37针)数据采集卡DAQ卡，另有5倍采样速率的高速M系列和4倍分辨率的高精度M系列可供选择，包括NI-DAQmx、VI Logger Lite数据记录软件和其他测量服务。

其基本规格如下：●16路模拟输入、16位分辨率●250kS/s采样速率●2路16位模拟输出，更新速率833kS/s●24路数字I/O(8路高速可达1M)●2个32位80MHz计数器/定时器●AI、AO通道可承受的最大电压正负10伏NI PCI-6221是一款低价位多功能M系列数据采集(DAQ)板卡，经优化适用于需要控制成本的应用。

PCI-6221(37针)采用了常见于其他M系列设备的技术，NI PCI-6221(37针)为您在设计、测试和控制应用中进行数据采集提供了高性价比的解决方案。

2.3信号调理模块2.3.1概述信号调理是数据采集系统中最重要也是最易被忽视的一部分。

许多传感器都要求使用专门信号调理技术，而没有哪种设备能为所有的传感器提供各种类型的信号调理功能。

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数控铣床主轴组件监控系统的设计

数控铣床主轴组件监控系统的设计

要图联系qq243662135数控铣床主轴组件监控系统设计作者：曹佳所在单位：陕西理工机械工程学院机自051，陕西，汉中，723003指导老师：黄崇莉[摘要]：为了提高机床的加工精和减少对机床的损坏，我们对机床主轴组件进行监控。

如果机床在工作中发生了机械故障，我们必须尽可能早的发现故障发生在机床的那个部位，因此机床的监控系统是尤为重要的，他就可以很快的发现机床故障的地方，监控系统通常被用在机床的辅助系统中，这种系统能快速、准确的检测机床主要部分的运动参数以及一些必要的、有用的物理量。

我们对机床的检测主要检测机床振动检测、扭矩检测、温度检测等等，检测系统还可以检测被加工零件的表面粗糙度、表面温度、零件尺寸等几何和物理参数。

[关键词]：轴承数控铣床铣床主轴组件电动机机床振动传感器A/D转换器监控系统Title : design the monitored control system of the principal axis of the numerical control of machineThe author : CaoJiaThe unit : Grade05,Class1,Major：Machine Design Manufacture And Automation，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi）The adviser : Huang chong li【Abstract】: In modern industry, machinery must become increasingly flexible and automatic. In order to increase productivity, enhance quality and reduce cost, machine tools have to work free of any failure. When a failure occurs in a machine tool, it is necessary to identify the causes as early as possible. Machine tool condition monitoring is very important to achieve this goal. Condition monitoring is generally used on the critical subsystem of any machine tool. This paper endeavors to focus on the condition monitoring aspects on the machine tool element. In the present study, a critical subsystem has been identified based on the failure data analysis. Condition monitoring techniques like vibration monitoring, acoustic emission, Shock Pulse Method (SPM) and surface roughness have been successfully used for fault identification.【Key words】: bearing the numerical control of machine motor sensor Switch of A/D monitored control system前言数控机床是技术密集型产品, 它集现代制造技术、自动控制技术和计算机技术为一体。

数控机床电主轴结构设计设计

数控机床电主轴结构设计设计

本科毕业设计论文题目数控机床电主轴结构设计系别机械工程系专业机械设计制造及其自动化班级机械002班学号 10040103 学生姓名冀璐指导老师王恪典2014年6月摘要数控加工技术将高柔性，高精度，高速加工技术融为一体，可以解决机械产品制造中的诸多难题，如获得特殊的加工精度和表面质量。

因此，高速数控机床是装备制造业的技术基础和发展方向之一，是装备制造业的战略性产业，其技术水平的高低和拥有量的多少也是衡量一个国家制造业水平高低的标志。

高速加工技术的迅猛发展和高速数控机床需求量的快速增长，而超高速电主轴是实现高速数控加工技术的重要部件，因此对高速电主轴技术提出了新的要求和挑战。

作为高速数控机床的核心部件，电主轴是高速主轴中的一种理想结构，电主轴是一种智能型功能部件，不但转速高，功率大，还具有控制主轴温升与振动等机床运行参数的功能，因此是承载高速切削技术的主体之一，其性能的好坏在很大程度上决定了整台机床的加工精度和生产效率。

本文以额定转速20000r/min，功率4kw，为设计要求进行相应的结构设计，设计内容包括：（1）电主轴的主轴尺寸设计，根据额定转速20000r/min，功率4kw和基本的机械设计知识。

确定最小轴向尺寸，同时根据相应的计算确定最长外伸端。

并以此确定主轴的整体尺寸。

（2）轴承的选择与冷却系统的设计，轴承的选用混合陶瓷球轴承，其具有高速，高刚度，大功率，长寿命的特点。

冷却系统采用外置水冷。

（3）电主轴壳体尺寸的设计，根据上面的设计完成壳体的相应设计，并使其满足壳体设计的相应要求。

特别是尺寸精度的要求比较高，壳体的尺寸精度直接影响主轴的综合精度。

关键词：电主轴,主轴,轴承,冷却系统,壳体ABSTRACTThe highly flexible CNC machining technology,high-precision,high-speed machining technology integration can solve mechanical products in the manufacture of many problems,such as access to special machining accuracy and surface quality. Thus , high-speed CNC machine tools is one of the technology infrastructure and the development direction of the equipment manufacturing industry,equipment manufacturing industry is a strategic industry,the technology and the level of ownership is also a measure of how much the level of a country's manufacturing signs. The rapid development of fast-growing and high -speed machining technology CNC machine tools demand,while the ultra high-speed spindle is an important component to achieve high-speed CNC machining technology,so the high-speed spindle technology raised new demands and challenges. As a core component of the high-speed CNC machine tools,spindle structure is an ideal high-speed spindle , the spindle is an intelligent features,not only high speed, high power, but also has control of the spindle vibration,temperature and operating parameters of the machine function,and therefore one of the main bearing high-speed cutting technology, its performance largely determines the machining accuracy and efficiency of the whole machine . In this paper, the rated speed 20000r/min, power 4kw, corresponding to thedesign requirements for structural design , design elements include : (1)Spindle spindle size of the design,according to the rated speed 20000r/min, power 4kw and basic knowledge of mechanical design . Determine the minimum axial dimension , while identifying the longest extended end according to the corresponding period. And thus determine the overall size of the spindle.(2)Selection and design of the cooling system of the bearing , the selection of hybrid ceramic bearing ball bearing , which has the characteristics of high-speed, high stiffness , high power, long life . Cooling system uses an external water cooling.(3)Spindle housing size design, according to the above design is completed the appropriate design of the housing and make housing designed to meet the corresponding requirements . Especially the dimensional accuracy requirements are relatively high, the dimensional accuracy of the housing directly affects the integrated precision spindle .KEY WORDS:Electric Spindle,Bearing spindle,Cooling system ,Housing select目录摘要............................................................... ABSTRACT.. (II)1 绪论 01.1 论文的研究背景及意义 01.1.1 论文研究的背景 01.1.2 论文研究的意义 01.2 国内外研究现状 (1)1.2.1 国内研究现状 (1)1.2.2 国外研究现状 (2)1.3 国内外数控机床电主轴的未来的发展趋势 (2)1.3.1电机的研发 (2)1.3.2轴承的研发 (3)1.4 本论文研究的目的和内容 (4)2 电机驱动形式、控制方式 (5)2.1电主轴的结构图 (6)2.2 电主轴结构设计要求 (6)2.2.1 设计要求; (6)2.3 引言： (6)2.4 电机的控制形式： (6)2.4.1 普通变频驱动和控制 (6)2.4.2 矢量控制驱动器的驱动和控制 (7)2.5 电主轴控制形式和驱动形式的选择 (9)3 主要零部件的设计 (10)3.1 轴承的选择 (10)3.1.1 引言 (10)3.1.2 主轴最小截面的估算： (10)3.1.3 轴承选择： (10)3.1.4 轴承参数的确定： (10)3.1.5 轴承的润滑方式： (11)3.1.6 轴承的排列方式： (11)3.1.7 轴承预载荷的确定： (12)3.2 电主轴主轴的设计 (12)3.2.1 引言 (12)3.2.2 主轴的外伸端及跨距的计算： (12)3.2.3 主轴的径向尺寸： (14)3.2.4 主轴的校核： (15)3.3 转子和定子的设计 (16)3.3.1 引言 (16)3.3.2 动态过盈和静态过盈计算 (16)3.3.3 转子与定子配合的选择 (18)3.3.4 定子与转子配合公差的校核 (18)3.4 轴承寿命的估算 (18)3.4.1 引言 (18)3.4.2 轴承寿命的分析： (18)3.4.3 轴承寿命计算公式 (18)3.4.4 角接触球轴承滚珠的偏心率的计算 (19)3.4.6 陶瓷球的离心力的计算： (20)L的计算： (20)3.4.7103.4.8 R的计算如下所示： (21)L的计算 (22)3.4.9 轴承4 辅助系统的设计 (24)4.1 冷却系统的设计 (24)4.1.1 引言： (24)4.1.2 电主轴发热分析： (24)4.1.3 机械损失: (24)4.1.4 电损耗： (25)4.1.5 磁损耗： (26)4.1.6 陶瓷球轴承的发热计算： (26)4.2 冷却液流量的及冷却油管直径的确定 (27)4.2.1 引言 (27)4.2.2 冷却液流量的确定： (27)4.2.3 管道的尺寸确定 (28)4.3 润滑系统的选择： (28)4.4 电主轴轴壳的尺寸 (29)4.4.1 引言： (29)4.4.2 轴壳的尺寸 (29)5 结论与展望 (30)致谢 (32)参考文献 (34)1 绪论1.1 论文的研究背景及意义1.1.1 论文研究的背景随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且要求频繁改型，特别是在宇航，造船，军事等领域所需的机械零件，精度要求高，形状复杂，批量小。

基于MCGS组态软件下电主轴监控系统应用

基于MCGS组态软件下电主轴监控系统应用


文 章 编 号 ：０ １—２ ６ （ ０ ） １０ ２ ５ ２ １ Ｏ１—０ ６１—０ １ ０ ４
术
基 于 ＭＣ Ｓ组 态 软 件 下 电主 轴 监 控 系统应 用 Ｇ
王 胜 ， 晓 锋 苗 ，
（ ． 西 广 播 电视 大 学 ， 安 ７ ０ ６ ； ． 西 工 商 职 业 学 院 ， 安 ７ ０ ） １陕 西 １０ ８ ２ 陕 西 １ １９ １ 摘 要 ： 章 以 高速 电 主 轴 监 控 系统 为 研 究 对 象 ， 析 了机 床 电 主 轴 需 要 监 测 的 几 个 主 要 参 数 、 文 分 系统 主
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频 率 对 于 识 别 机 器 的 振 动 形 式 是 重 要 参 量 ， 为 因
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机器 的振动一般都是机器转速 的整数倍 或分数倍 。
相 位 是 一 重 要 参 量 ； 一 峰 值 相 应 于 机 器 转 子 第 的 “ 点 ” 置 ， 过 确 定 “ 点 ” 置 ， 可 确 定 机 器 高 位 通 高 位 就 的平衡 状态 和 机 器转 子残 留 的非 平 衡 重 的 位置 ， 这 是平衡 转子 的重要依 据 。
的 变 化 都 表 明 主 轴 状 态 有 了 改 变 ， 此 对 振 幅 的 监 因 测 ， 以判 断 机 器 是 否 在 平 稳 运 行 。 可
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数控车床主轴组件监控系统的设计

数控车床主轴组件监控系统的设计

数控车床主轴组件监控系统的设计【摘要】机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一，机械工业肩负着为国民经济各个部门提供技术装备和促进技术改造的重要任务，在现代化建设的进程中起着主导和决定性的的作用。

因此，近些年来，数控机床被广泛的应用于我国的制造业，在国内工业发达的地区已经得到普及，由此对社会生产力的提高起着巨大的推动作用。

数控车床是数控机床中基本设备之一，随着制造业高效率、高精度、高柔性发展的需要，人们对数控车床提出了越来越高的要求，而主轴是数控车床的重要组成部分，主轴的运转状态的好坏关系到加工质量，随着检测技术和计算机技术的发展，通过用传感器对数控车床主轴的主要参数的测量，从而了解数控机床的运转状态，现用加速度传感器和磁电式转速传感器对数控车床主轴的振动与转速进行测量，将信号通过放大，滤波，采集等中间电路传输给Ａ／Ｄ转换器，通过转换器将模拟信号转换为数字信号，再将其通过单片机传输给计算机，观察计算机上的界面来了解数控车床主轴的运转状态。

【关键词】数控机床，数控车床，主轴，传感器，Ａ／Ｄ转换器，单片机CNC lathe spindle component monitoring system designLiu Le(Grade02,Class5,Major : Mechanical design and manufacturing and automation, Mechanical engineering department, Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，Shaanxi）Abstract: Mechanical industry production level is a national modernization level, the main mark of mechanical industry shouldering each department for national economy to provide technical equipment and promote technological transformation is an important task in the process of modernization, plays a decisive role in leading and. Therefore, in recent years, the CNC machine is widely applied in our manufacturing, industrial developed area in China, which has gained popularity of social productivity improvement plays a great role in promoting. CNC lathe is one of basic CNC equipment manufacturing, with high efficiency, high precision, high flexibility to the needs of the development of CNC lathe, people put forward higher request, and CNC lathe spindle is an important part of the operation state, good quality, with the relationship to processing and computer technology development, through the use of CNC lathe spindle sensor measurements of the main parameters, and understand the operation state, CNC using magnetoelectric sensor and the acceleration of CNC lathe spindle speed sensor measurements of vibration and rotational speed, the signal, filtering, acquisition by amplifying circuit transmission among such to the A/D converter, through the simulation signal converter will convert digital signal, the single-chip computer, transmission through observation on the computer interface to understand CNC lathe spindle operation condition.Key words：CNC machine, CNC lathe, spindle, sensor, A/D converter, SCM目录1.前言 (1)1.1数控机床的发展情况 (1)1.2问题的提出及解决方案 (2)2.数控车床 (3)2.1数控机床的工作原理、组成 (3)2.2数控车床的组成 (4)2.3数控车床的工作过程 (5)2.4数控车床的特点 (6)2.5数控车床的主轴部件的参数 (8)2.6测量量的选择 (9)3.传感器选择及信号处理 (11)3.1传感器的选择原则 (11)3.2传感器的选择 (13)3.2.1用加速度传感器测振动 (13)3.2.2用磁电式传感器测转速 (14)3.2.3用扭矩传感器测量扭矩 (15)3.2.4用电涡流位移传感器测量位移 (16)3.3信号的处理 (18)3.3.1信号的过滤 (18)3.3.2信号的放大 (18)3.4电路的设计 (19)3.4.1用加速度传感器测振动的电路 (19)3.4.2磁电式转速传感器测转速电路 (21)3.4.3用应变式扭矩传感器测扭矩电路 (21)4.接口电路的设计 (23)4.1A/D转换器 (23)4.1.1A/D转换器的工作原理 (23)4.1.2 A/D转换器的主要技术参数 (24)4.2 A/D转换器的选择 (25)4.2.1 ADC0809的内部结构 (26)4.2.2信号引脚 (27)4.3单片机的选择 (28)4.4 MCS-51单片机与ADC0809的接口的连接 (28)4.5通讯接口的选择 (29)5.实验测量 (30)5.1软件简介 (30)5.2测量实验 (30)5.2.1用加速度传感器测振动 (32)5.2.2用磁电式传感器测转速 (35)总结 ................................................................ .38 致谢. (39)参考文献 (40)1.前言1.1数控机床的发展情况工业技术的发展水平是衡量一个国家技术水平的重要标志之一，在一定程度上反映了该国的技术经济实力。