高速立式加工中心电主轴的温升测试及分析
高速电主轴在线温升及轴向热伸长测试系统的设计
时间
５ 结论
通 过对 测 试 系 统 的 的 现 场 测 试 ， 有 效 、 确 可 精
图 １ 冷却水 温升与转速的关系 曲线 ０
的完成 对 高 速 电主 轴 的几 个 关 键 部 位 的 在 线 温 升 及 轴 向热伸 长 的实 时测 试 。测 试 系 统稳 定 ， 测试 过 程 操作 方便 ， 测试 结果 真 实可靠 。
平衡 ， 与 电主轴 热源 的温 升有着 直 接 的联 系 。 这
１ ０ ／ ｎ ２ ０ ０ ｒｍｉ
赠
９ ０ ０ ｒｍｉ ０ ／ ｎ
８ ０ ０ ｒｍｉ ０ ／ ｎ
通 过实 验 ， 以 看 到 本 系 统 操 作 简 单 ， 据 相 可 根
应 的提示 就 可 以完 成操 作 ， 且测 试 效 率 高 ， 定 ， 而 稳 在 很短 的时 间 内可 以完成 整个测 试过 程 。
ｔ ｒｎ ｅ ｔｒ ｎ ｅ ａ ｉ ｎ ｃ ｉ ｅ Ｔ ｏ ｎ ｎ ｆ ｃｕ ｉ ｇ ９ ５； ｕ ｉ ｇ ｃ ｎ ｅ ．Ｉ ｔ ｒ ｔ ａ Ｍａ ｈ ｎ ｏ ｌ ａ ｄ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒｎ ，１ ９ ｎ ｏｌ
（ ５） ６ —＿ ３ ：１ ６ ７
Ｌ ｅＪｎ ｙｏ Ｙａ ｇＳ ｕ ｇ ａ ． ｔ ｉｔ ａ ｐｉ ｚ —ｉｎ ａ ｄａ ｓｓｍｅ ｔ ｅ ｉｈ ｅ ｎ， ｎ ｅ ｎ ｈ ｎ Ｓａ ｓｉ ｌ ｔｍｉａｔ ｓｅｓ ｎ ｔ ｃ ｏ ｏ ｎ ｏ ｈ ｒ ａ ｒｏ ｄ ｌｆｒＣＮＣ ｍａ ｈｎ ｏ ｌ．ｎｅ ａｉｎ ｏ ｒａ ｆａｔｅ ｌｅｒｒｍｏ ｅ ｏ ｍ ｃ ｉｅｔｏｓ Ｉｔｒ ｔｏ ａ Ｊ ｕｎ ｎ ｌ ｌ
４期
周金芳 ， ： 等 高速电主轴在线温升及轴向热伸长测试系统 的设计
７３ ５
高速电主轴轴心轨迹的测试与分析
重庆大学本科学生毕业设计（论文）高速电主轴轴心轨迹测试与分析学生：学号：指导教师：助理指导教师：专业：机械电子工程重庆大学机械学院二O一二年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityTest and analysis of orbit of shaft center for high-speed electric spindle systemUndergraduate: Guo JinlongSupervisor: Prof. He YeAssistant Supervisor : Lecturer Shan WentaoMajor: Mechanical and Electronic EngineeringCollege of Mechanical EngineeringChongqing UniversityJune 2012摘要由于高速电主轴系统复杂多变的运行环境以及未建模动态和外部干扰等众多难以描述的因素，使得高速电主轴系统的故障分析变得相当困难，本文提出一种改进的实验方法来研究运行高速电主轴的振动特性.首先，运用LMS数据采集分析仪和LMS信号分析软件构建该型号电主轴的振动信号测试处理系统，然后运用谐波小波超窄带高分辨率检波的优良特性及微弱信号提取功能，从复杂的实验环境中提取主轴振动信号并进行谐波小波分析，再利用谐波小波包的局部频域细化分析能力研究了主轴在八种不同转速下的振动频谱图，并成功提纯了转子轴心轨迹，为后续的故障诊断提供了验证依据。
最后以170MD15Y20型高速电主轴为研究对象，分析了主轴在负载相同、转速不同下的八种不同振动信号,将频率分量分成重复出现部分和规则出现两部分进行对比研究。
所得到的实验结果与理论分析相符，从而验证了所用方法的正确性。
关键词：高速电主轴,振动,谐波小波分析,故障诊断ABSTRACTDue to the high-speed electric spindle system, the complex and volatile operating environment, as well as unmodeled dynamics and external disturbances, and many other hard to describe the factors that makes high-speed electric spindle system failure analysis becomes very difficult, this paper presents an improved experimental method to study the run high-speed electric spindle vibration. first, the use of the LMS data acquisition analyzer and LMS signal analysis software to build the model of electric spindle vibration signal test processing system, and then use the fine features of the harmonic wavelet ultra-narrow-band high-resolution detector and a weak signal extraction function, spindle vibration signal extracted from the complex experimental environment and the harmonic wavelet analysis, harmonic wavelet packet analysis capabilities of the local frequency domain refinement of the vibration frequency spectrum of the spindle in eight different speed, and successfully purified the rotor axis orbit validation basis for the subsequent fault diagnosis. Finally, 170MD15Y20 high-speed electric spindle for the study, analysis of the spindle at the same load, eight different vibration signals in the different speeds, the frequency component is divided into two parts of a comparative study repeated part and the rules. The obtained experimental results consistent with the theoretical analysis, which verifies the correctness of the method used.Key words：High-speed electric spindle, Vibration, Analysis of the harmonic and small wave, Fault diagnosis摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1课题学术和使用意义 (1)1.2 国内外现状 (1)1.3 本章小结 (4)2 高速电主轴故障理论分析 (4)2.1高速电主轴故障原因分析 (4)2.1.1电主轴的谐振现象 (5)2.1.2电主轴的电磁振荡 (5)2.1.3电主轴的机械振动 (6)2.2高速电主轴故障信号特征分离和提取方法研究 (8)2.2.1信号盲分离方法 (8)2.2.2时频滤波方法 (9)2.2.3自适应滤波方法 (10)2.2.4自适应信号分解方法 (11)2.3本章小结 (12)3 高速电主轴轴心轨迹的测试 (13)3.1高速电主轴的频谱分析 (13)3.2 高速电主轴频谱分析的作用 (14)3.3 高速电主轴进行提取轴心轨迹的方法和步骤 (14)3.3.1 工作流程 (14)3.3.2 结合电主轴进行频谱分析 (15)3.4 高速电主轴谐波小波法提取轴心轨迹 (17)3.4.1 高速电主轴转子轴心轨迹的谐波小波提纯 (18)3.5高速电主轴故障测试 (19)3.5.1 测试系统 (19)3.5.2 测试方法` (20)3.6 本章小结 (24)4 高速电主轴轴心轨迹的分析 (25)4.1电主轴常见故障及其频谱特征 (25)4.1.1不对中 (25)4.1.2 不平衡 (26)4.1.3油膜涡动与油膜振荡 (27)4.2谐波小波试验分析 (29)4.3 本章小结 (31)参考文献 (33)致谢 (36)1绪论1.1课题学术和使用意义高速加工技术作为当代四大先进制造技术之一，是继数控技术之后使制造技术产生革命性飞跃的高新技术。
高速电主轴热态性能的有限元分析及温升控制
Ｆｉ ｉｅ Ｅｌｍ ｅ ｎ ｔ ｅ ｎｔＡｎａ ｙ ｉ ｆＴｈ ｒ ａ ｌ ｓｓ ｏ ｅ ｍ ｌＣｈａ ａ ｔ ｒ ｓｉｓ ａ ｄ Ｔｅ ｐｅ ａ ｕｒ ｓ ｎｔ ｏ ｏｒ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｎ ｍ ｒ ｔ ｅ Ｒｉｅ Ｃｏ ｒ ｌｆ Ｈ ｉｈ Ｓ ｅ ｏ ｏ ｉｅ ｐｉ ｄｌ ｇ ｐｅ ｄ Ｍ ｔ ｒ ｚ ｄ Ｓ ｎ ｅ Ｗ ＥＮ Ｈｕ ｉｘ ｎ ａ — ｉ ｇ，Ｗ ＡＮＧ ｅ— ａ Ｍ ｉｙ ｎ
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ａ ｃ ｏ ｄｎ ｏ ｔ ｎｔｒ ｌ ｏ ｏ ｈ ｒ ｃ ｅｉｔｃ ｆｈｇ ｐｅ ｄ ｍｏ ｏ ｉ ｅ ｐｉ ｄｅ ｈｅ ｔｓ ｕ ｃ ｓａ ｅ ｃ ｒ ｉｇ ｔ ｈｅｉ ｅｎａ ｔ ｒｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉｓ ｏ ｉｈ ｓ ｅ ｔ ｒｚ ｄ ｓ ｎ ｌ， ａ ｏ ｒ ｅ ｒ ｍ
ｃｏｎｔｏ１ ｒ
Ｏ 引 言
电主轴作 为 一 种 新 兴 的 机 床 主轴 结 构 ， 采用 内
态 特 性 的 研 究 与 电 主 轴 温 升 的 控 制 是 电 主 轴 需 要 解
决 的关 键 问题 之 一 。
装 式 电机 直接驱 动形 式 ， 和传 统 的 主传 动方 式 相 比 ，
具 有结构 紧凑 、 动链 短 、 械效 率 高 、 传 机 噪声 低 、 动 振 小 和 回转 精度 高等优 点 。 电主轴 的应 用 不仅 大 大 提 高 了加 工效率 和加 工质 量 ， 降低 了产 品成本 ， 且 可 并 以实现薄 壁零件 和难加 工材料 的精密 加工 。 高速 电主 轴 是 高 速数 控 机 床 的核 心 部 件 ， 机 对 床 的加工 精度 和 效 率 影 响 很 大 ， 其 内装 式 电机 的 但 结 构 ， 得 高速 电主 轴 的发 热 量 大 ， 热条 件 差 ， 使 散 进 而 直接影 响 到 主 轴 的 精 度 。因 此 ， 高速 电 主轴 热 对
立式数控机床主轴热态精度检测
立式数控机床主轴热态精度检测利用电容式位移传感器和电阻式温度传感器对立式数控机床主轴进行高精度测量，试验获取主轴端径向和轴向热位移，以及主轴系统热敏感位置的温升。
对于机械式主轴，主轴前后轴承和减速器因高速滚动摩擦发热，使得主轴的发热量很大，造成的热变形会严重影响机床的加工精度。
对于结构稳定、技术成熟的数控机床，提高数控机床的热态精度最有效的措施是改进机床的主轴润滑方式或者对主轴轴承进行强制冷却。
1 引言数控机床的精度通常分为几何精度、位置精度和工作精度。
几何精度和位置精度可概括为机床的静态精度，静态精度只能在一定的程度上反映机床的加工精度。
除此之外，机床的精度还主要有动态精度，是指机床在外载荷、温升及振动等工作状态作用下的精度。
而其中对动态精度影响最为严重的是机床生热造成的热态精度。
温升是评定机床主轴的一项重要性能指标，综合反映了主轴的设计、制造水平和材料质量。
主轴系统的温升，通常是指在无外加载荷和无外部热源影响的条件下的典型区域温度与环境温度的差值。
通常用主轴前轴承的外圈作为测量系统温升的典型区域。
系统的温升越高，零配件的热变形越大，引起精度丧失的可能性越大，系统的热态特性就越差。
2 试验条件使用 API 主轴误差测试分析仪，测量范围 0. 1-0. 8mm，测量频率10s/s，分辨率0. 1μm，可测量的最大主轴转速为 60000r/min。
在 5 个自由度(X轴、Y 轴和 Z 轴漂移、X 轴和 Y 轴倾斜)上测量和分析主轴误差的短期和长期变化，并配备 20 个带磁性底座的热传感器以及计算机辅助软件，可以描述主轴的温度及变形状况。
温度测量除使用主轴动态误差分析仪自带的温度传感器外，还辅以红外热像仪进行温度场测试。
利用红外热成像原理可测量 -40— +120℃范围内的温度变化，近焦距 <0. 3m，精度±2Co或读数的±2%，采样频率 1Hz。
机床主轴在运转过程中主轴轴承、电机等由于摩擦而生热，尤其是高速主轴，其温升更快、更高。
高速电主轴轴承温度预测与温升影响因素分析
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｂｅ ａ ｉｎ ｒ ｇ ｓ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ａ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ａ ｍｏ ｕ ｎ ｔ ｏ ｆ ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｈ ｅ ａ ｔ ｗ ｈ ｅ ｎ ａ ｈ ｉ 【 ｇ ｈ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ — ｓ ｐ ｉ ｎ ｄ ｌ ｅ ｒ ｕ ｎ ｓ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ
ＬＩ ＡＯ Ｍｉ ｎ ，Ｗ ＡＮＧ Ｘｉ ｎ — ｘ ｉ ｎ
（ １ ．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆＭｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｘ ｉ ｈ ｕ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ ６ １ ０ ０ ３ ９ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
表 １ 各输 出参数误差绝对值累积和
网络累积误 差值可知 ， 所建立 的网络泛化能力强。 下面就利用该网络进行轴承温度预测。
２ ． ２ 主 轴轴 承温 度预 测
根 据所 构建 的 Ｂ Ｐ神 经 网络 ， 输 入 主 轴 转 速 和 环 境温 度 ， 对 各 个 测 试 点 输 出参 数 （ 温度 ） 进 行 预
Ｊ ａ ｎ ．２ ０１ ３ Biblioteka ・机 电 工程 ・
＿＿ ＿
同 速 电主轴 轴 承 温 度 预 测 — Ｉ Ｊ ／ ｒ 目 ｍ 升 影 响 因素 分 析
口
高速立式加工中心电主轴的振动测试及频谱分析
动 分 量 转 变 成 电信 号 并 将 电 信 号 输 入 到 测 量 放 大 系 统 中． 之 后 再 对 其 进 行 信 号 处 理
１ ． ２ 电 主 轴 测 试 系 统 的 组 成
电主轴 在 高速运 转 时 ． 电 主 轴 系 统 会 发 生 振 动 通 过 在 电 主 轴 前 端 与 后 端 贴 装 加 速 度 传 感 器 采 集 加 速 度 信 号 ．之 后 对 加 速 度 信 号 进 行 处 理 得 到 电 主 轴 的 振 动 信号。
随着 社会 的发 展 以及科 技水 平 的提高 ．高速 数控
机 床 作 为 装 备 制 造 业 的 战 略 性 产 业 ． 是 装 备 制 造 业 的 技 术 基 础 和 主 要 发 展 方 向 高 速 立 式 加 工 中 心 的 主 要 特 点 为高速 、 高精 度 、 高 稳定 性 。 电主轴 作 为 高速 立式
要 求 的 运 动 以 外 ．其 它 一 切 偏 离 理 想 位 置 的 运 动 为 主 轴振 动 。 电主 轴端 部 的振 动量 ， 主 要 应 用 加 速 度 传 感 器
２ 电主 轴 的频 谱 分 析
加 速 度 传 感 器 安 装 在 主 轴 端 部 ．传 感 器 拾 取 振 动 信号 ， 并将 此振 动信 号 通过 电缆传 人 到振 动分 析 仪 ． 在 电 脑 屏 幕 上 显 示 一 条 幅 值 随 时 间 变 化 的 曲 线 在 时 域
及 实 际 的生 产 加 工 过 程 提 供 依 据
１ 电主 轴 的基 本 结构 及 振 动 测 试
如 图 １所 示 ． 为 高 速 立 式 加 工 中 心 电 主 轴 的 基 本 结 构 图 。其 额 定 功 率 为 ２ ２ ｋ Ｗ， 额 定 扭矩 为 ３ ４ Ｎ・ ｎ ｌ 。 最
高速电主轴热态性能分析
之 后 使 制 造技 术产 生 第 二 次革 命 性 飞 跃 的 一 项 高
新 技 术 。实 现 高速 加 工 的关 键是 要 有 高速 机床 ，
电 机 的 损 耗 一 般 分 为 ４类 ：机 械 损 耗 、 电 损 耗 、 磁 损 耗 和 附 加 损 耗 。前 三 类 损 耗 通 常 称 为 主 要 损
耗 。 附 加 损 耗 在 总 的 损 耗 中所 占 的 比例 很 小 ，约
为 额定 功率 的 １～ ５ ％ 。
２２ 轴承 的发 热 ．
０ 引言
以高 速 度 、高 精 度 、大 进 给 为 主 要 特 征 的 高
速 加 工 是 当 代 先进 制 造 技 术 之 一 ，是 继 数 控 技 术
定 扭矩 为 ６ Ｎ ４ ｍ。该 主 轴前 端 采 用 两 套 “ 背靠 背 ”
式 的 角 接 触 轴 承 ，在 主 轴 后 端 采 用 一深 沟球 轴 承
第３ 卷 第 １ ３ 期
２ １ － （ ） ［４ ］ ０ １ １ 上 １ １
Ｍ
＝
Ｍ
Ｍ
『 Ｉ
Ｏ
３４ 电主轴 前 、后密封 环 的对 流换 热 系数 ． 电主 轴前 、后密 封环气 隙 中有轴 向流动 的气
体 ，热交换 的情 况 比较 复 杂 。由于气隙很 小 （ 为 约
．
４
＝— ＝ ＿： 一
Ｈ
（） Ｊ； 为 决定轴 承摩擦 力矩 ｅ 的计算 载荷 。 ＋
＝
，
厂 、 ， 。
超高速主轴单元温升特性分析
超高速主轴单元温升特性分析
超高速主轴单元温升特性分析
对超高速主轴单元的内部热源进行了分析与计算,建立了超高速主轴单元温度场的有限元分析模型,利用ANSYS软件对其进行了温度场分析,并在此基础上研究了对轴承外圈进行强制冷却时前后轴承的温升情况,结果表明对轴承外圈进行强制冷却能够很好的降低轴承的温升.
作者：王猷严宏志 WANG You YAN Hong-zhi 作者单位：中南大学机电工程学院,湖南,410083 刊名：航空精密制造技术 ISTIC英文刊名：AVIATION PRECISION MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)：2007 43(6) 分类号：V233.4 关键词：超高速主轴单元温度场轴承温升。
机床温升测试实验报告
机床温升测试实验报告一、实验目的本实验旨在通过对机床温升测试，了解机床加工过程中的温度变化情况，为机床的优化设计和使用提供参考。
二、实验原理机床在加工过程中会产生热量，导致其温度升高。
温升会影响机床的精度、稳定性和寿命等方面。
因此，对机床的温升进行测试是非常必要的。
机床温升测试通常使用热电偶或红外线测温仪进行。
热电偶是一种测量温度的传感器，其原理是利用材料导电时随温度变化而产生电势差来测量物体表面或内部的温度。
红外线测温仪则是通过检测物体表面所发出的红外线辐射来计算出物体表面的温度。
三、实验步骤1. 将热电偶或红外线测温仪固定在需要测试的机床部位。
2. 开始加工，并记录下加工时间。
3. 每隔一段时间（如10分钟）记录下当前机床部位的温度，并计算出相应时间段内机床部位的平均温度。
4. 根据实验数据绘制出机床温度变化曲线。
四、实验结果分析根据实验数据，我们可以得到机床在加工过程中的温度变化曲线。
通过分析这条曲线，我们可以得到以下结论：1. 机床温度在加工初期会迅速升高，在加工后期则会趋于稳定。
2. 不同部位的温升情况可能存在差异，需要针对性地进行测试和优化。
3. 加工时间越长，机床的温度升高越明显。
五、实验注意事项1. 在进行热电偶测试时，需要注意热电偶与被测试部位之间的接触质量和接触面积，以确保测量精度。
2. 在进行红外线测温时，需要注意测量距离和角度对测量结果的影响。
3. 实验过程中应注意安全，避免因操作不当导致人身伤害或设备损坏。
六、结论通过本次机床温升测试实验，我们了解了机床加工过程中的温度变化情况，并得出了一些有价值的结论。
这些结论对于机床设计和使用具有重要意义。
同时，在实验中我们也需要注意操作规范和安全，以确保实验的顺利进行。
高速电主轴热态特性分析及温度预测研究
高速电主轴热态特性分析及温度预测研究高速电主轴热态特性分析及温度预测研究摘要：电主轴作为高速加工中最重要的工具之一，其热态特性对加工质量和工具寿命有着重要影响。
本研究旨在分析高速电主轴的热态特性，并通过建立数学模型来预测其温度变化，从而提供优化加工参数和冷却系统设计的理论依据。
实验结果表明，在不同工况下，高速电主轴的温度分布存在明显差异，且会随着电主轴的运转时间和负载的变化而发生改变。
1. 引言高速电主轴在现代生产中起着至关重要的作用，广泛应用于数控机床、电子制造和精密加工等领域。
电主轴的热态特性对加工质量和工具寿命有着重要影响。
因此，深入研究电主轴的热态特性，对于优化加工参数和提高加工质量具有重要意义。
2. 高速电主轴的热态特性分析2.1 实验装置为了分析高速电主轴的热态特性，我们搭建了实验装置。
该装置由电主轴、电机、冷却系统和温度传感器等组成。
实验时，我们对不同工况下的电主轴进行测试。
2.2 温度变化规律通过实验数据的分析，我们发现高速电主轴的温度存在以下规律：(1) 温度分布不均匀：电主轴的温度分布在不同部位存在明显差异。
通常来说，电主轴的轴承处温度较高，而电机部分温度较低。
(2) 运转时间对温度有影响：随着电主轴的运转时间的增加，其温度呈现出明显的升高趋势。
这是由于摩擦产生的热量在电主轴内积累导致的。
(3) 负载对温度有影响：增加电主轴的负载会导致其温度上升。
这是因为负载的增加会带来更大的摩擦力，从而产生更多的热量。
3. 高速电主轴温度预测模型建立为了准确预测高速电主轴的温度变化，我们建立了数学模型。
该模型基于热传导理论和质量守恒定律，并结合实验数据进行参数拟合。
通过该模型，我们可以预测不同运转时间和负载下电主轴的温度。
4. 实验验证和讨论我们对建立的温度预测模型进行了实验验证。
实验结果表明，该模型能够准确预测电主轴的温度变化。
同时，我们还对模型中的参数进行了敏感性分析，结果表明模型对于不同参数的变化具有一定的稳定性。
高速磨削电主轴温升及动力学特性研究的开题报告
高速磨削电主轴温升及动力学特性研究的开题报告一、选题背景与意义高速磨削已成为现代制造业中不可或缺的工艺之一，其要求高精度、高效率、高质量。
但高速磨削加工过程中，由于磨粒对工件的高速冲击和摩擦，会产生大量的热量，导致电主轴的温升，从而影响了磨削加工的质量和效率。
因此，研究高速磨削电主轴的温升及动力学特性，对于提高高速磨削加工质量和效率具有重要意义。
二、研究内容和目标本研究的主要内容是对高速磨削电主轴的温升及动力学特性进行研究。
其中，温升方面需要测量电主轴在不同加工条件下的温度变化，建立电主轴温度模型，并通过模型分析出影响电主轴温度的因素；动力学特性方面需要对电主轴的转速、转矩、功率等进行测试分析，建立电主轴动力学模型。
通过研究电主轴的温升和动力学特性，探究其对高速磨削加工的影响，并提出优化措施，以提高高速磨削加工的效率和质量。
三、研究方法本研究采用试验研究和数值模拟相结合的方法进行。
通过对高速磨削电主轴的加工参数进行改变，如进给速度、切削深度、切削速度等，测量电主轴的温度变化，并建立温度模型。
同时，对电主轴的动力学特性进行测试，建立电主轴动力学模型。
通过数值模拟的方法，对电主轴在不同加工条件下的温度变化进行模拟，并对比试验结果，验证模型的准确性和可靠性。
四、研究进度计划第一年：1.研究高速磨削电主轴的温升特性，建立电主轴温度模型；2.测试电主轴的转速、转矩、功率特性，建立电主轴动力学模型。
第二年：1.开展不同加工条件下的试验研究，测量电主轴的温度和动力学特性；2.对试验结果进行分析，建立电主轴温度和动力学特性的数学模型。
第三年：1.对不同加工条件下的温度和动力学特性进行数值模拟，验证模型的精度和可靠性；2.提出优化措施，以提高高速磨削加工的效率和质量。
五、结语本研究旨在探究高速磨削电主轴的温升及动力学特性，为提高高速磨削加工质量和效率提供理论依据和实践指导。
通过试验研究和数值模拟相结合的方法，建立电主轴的温度和动力学模型，为优化高速磨削加工过程提供可靠的理论基础。
电主轴温升测量方法的研究
第 ２期
２１ ０ １年 ２月
组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术
Ｍ ｏ ｕｌ ａ ｈ ｎ ｏ ｄ ａｒ Ｍ ｃ ｉ ｅ Ｔｏ ｌ＆ Ａｕ ｏ ａ ｉ ａ ｆ ｃ ｕｒ ｎｇ Ｔｅ ｈｎ ｑｕ ｔ ｍ ｔ ｃ Ｍ ｎｕ ａ ｔ ｉ ｃ ｉ ｅ
Hale Waihona Puke ＮＯ． ２Ｆｅ ｂ．２ １ ０１
文章 编 号 ：０ １—２ ６ ２ １ ） ２—０ ４ １０ ２ ５（ ０ １ ０ ０ ０—０ ２
电主 轴温 升测 量 方法 的研 究 水
谢黎 明， 宽平 ， 邵 靳 岚 ， 海 杰 张
（ 州理 工大 学 机 电工程学 院 ， 州 ７０５ ） 兰 兰 ３ ０ ０ 摘 要 ： 分 析 现 行 电 主 轴 温 升 测 量 方 法 的 基 础 上 ， 出一 种 基 于 接 触 式 温 度 测 量 和 非 接 触 式 温 度 测 在 提
ｓｍｕｌｔｏ ｏｆｗ ａ ｅ ｔ ｉ ｌ ｔ ｌｃ ｒ ｓ ｎｄ ｅ ｉ ｔ ｒ ｌａ ｄ ｅ ｔ ｒ ａ ｅ ｉ ａ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｏ ｓ ｍｕ ａ ｅ ｅｅ ｔ ｏ－ ｐｉ ｌ ｅ ｎａ ｎ ｘ ｅ ｎ ｎ ｌ ｍｐｅ ａ ｕ ｅ ｄ ｔ ｏ ｖ ｒｆ ｈ ｅａ ｉ ｎ ｔ ｒ ｔ ｒ ａ ａ ｔ ｅ ｉ ｔ ｅ ｒ ｌｔｏ ・ ｙ
部 及 外部 的 温升 数 据 ， 求证 它们 之 间的 关 系。 关 键 词 ： 敏 电 阻 ； 外 温 度 测 量 ； 升 热 红 温
中 图 分 类 号 ：Ｐ ０ Ｔ ７６
文 献 标 识 码 ： Ａ
Ｔｈｅ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｉ ｌ ｍ ｐ ｒ ｔ ｅ Ｍ ｅ ｓ ｅ ｅ ｅ ｈ ｄｓ ｓ ａ ｃ ｆ Ｓｐ ｎｄ ｅ Ｔｅ ｅ ａ ｕｒ ａ ｕｒ ｍ ｎｔ Ｍ ｔ ｏ
高速电主轴系统热变形分析及抑制措施
高速电主轴系统热变形分析及抑制措施李永芳;张启萍;王瑞;李新宁;苟卫东;杨锦斌【摘要】Analyzes both from spindle structure and heat source of electric spindle of machining center, this article proposes a technical solutions to reduce the temperature rise of spindle, main measures which have been taken are to reduce the heat amount of bearing and motor, spindle bearing cooling and oil lubrication systems. And these has already been tested by the Belgium-based Lemmens dynamic multi-channel monitors and a high accuracy temperature sensor pt 100, the temperature rise high-speed spindle of machining center has been effectively controlled, and both its mechanical performance and reliability have been guaranteed. It has an extraordinary practical significance on the application & potentiality of high speed spindle of machining Center.%从加工中心电主轴的结构和热源两方面对电主轴热变形原因进行了分析,提出了降低电主轴温升的技术方案,主要采取了减小轴承发热量、减小电动机发热量、主轴轴承循环冷却及油气润滑系统等措施,通过基于比利时Lemmens多通道动态监测仪和高精度pt 100温度传感器的试验验证,高速加工中心电主轴的温升得到了有效控制,其机械性能、可靠性也得到了保障,对加工中心高速电主轴的应用及发挥其潜能具有非凡的现实意义.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】7页(P92-98)【关键词】加工中心;热变形原因;降低温升;动态监测【作者】李永芳;张启萍;王瑞;李新宁;苟卫东;杨锦斌【作者单位】青海交通职业技术学院,青海西宁810003;青海一机数控机床有限责任公司,青海西宁810018;青海一机数控机床有限责任公司,青海西宁810018;青海交通职业技术学院,青海西宁810003;青海一机数控机床有限责任公司,青海西宁810018;青海一机数控机床有限责任公司,青海西宁810018【正文语种】中文【中图分类】TG659高速加工是一种以比常规切削速度高5～10倍的速度进行切削加工的先进工艺，是当代四大先进制造技术之一，而高速机床是实现高速加工的前提条件。
立式加工中心主轴热误差的实验与分析
作者简介院余为洲（1992-），男，湖北十堰市人，硕士研究生，五邑 大学智能制造学部机械工程专业，研究方向为智能装 备设计与研发；周俊荣（1965-），男，江西遂川人，硕士， 副教授，五邑大学智能制造学部，主要研究方向为机械 智能化设计。
图 1 高速钻铣立式加工中心
生的热[6]。刀具切削零件过程中，由于切削量小，切力也相 应 较 小 ，从 而 由 切削 运 动 产 生 的 热 量 也 少 ，再 加 上 有 切 削 液的冷却，切削运动产生的热量几平对主轴没有影响，故 实验时不考虑主轴电机高速旋转产生的热和刀具切削运 动产生的热，在主轴空载状态下进行。主轴内支撑轴承长 时间高速旋转，发热量大，且与主轴直接接触，主轴本身没 有循环冷却系统，因此主轴轴承的摩擦发热是主轴最重要 的热来源。
高速铁路车辆轴箱温升监测与故障诊断技术研究
高速铁路车辆轴箱温升监测与故障诊断技术研究随着高速铁路的快速发展，安全和可靠性成为了运营中最为重要的关注点之一。
车辆的轴箱温升监测与故障诊断技术研究是保障高速铁路运行安全的关键之一。
本文将重点分析和探讨高速铁路车辆轴箱温升监测与故障诊断技术的相关理论、方法和应用，以期为提高高速铁路运营的可靠性和安全性做出贡献。
首先，我们需要了解什么是轴箱温升。
在高速列车运行过程中，车辆的轮对在与轨道之间产生滚动摩擦，这会导致轮对和轴承温度升高。
然而，当温度过高时，将会对轮对和轴承产生不利影响，甚至引发故障，危及列车的安全运行。
因此，监测轴箱温升并及时诊断故障变得非常重要。
在车辆轴箱温升监测与故障诊断技术研究领域，有多种方法和技术被广泛应用。
其中最常见的方法是使用传感器进行实时监测和数据采集。
传感器可以安装在轴箱和轴承附近，以测量温度变化和振动情况。
这些数据通过无线传输装置发送到集中控制中心，以进行实时监测和分析。
通过监测温度和振动数据，可以提前发现潜在的故障并采取相应的措施。
此外，还有一些先进的监测技术被应用于高速铁路车辆轴箱温升监测与故障诊断中。
例如，使用红外热像仪可以对轮对和轴承进行远程非接触式测温，这极大地提高了监测的精度和效率。
同时，利用振动信号分析技术可以检测轴承的异常振动，并通过模式识别算法来判断故障类型。
这些先进的技术在实际应用中已经取得了较好的效果。
除了监测技术，故障诊断技术也是车辆轴箱温升监测和维护的关键环节之一。
一旦检测到轴箱温升异常，需要利用故障诊断技术来确定具体的故障原因，以便及时进行修复。
常见的诊断方法包括基于规则的诊断、模型驱动的诊断和数据驱动的诊断。
基于规则的诊断方法基于专家经验和规则库，通过判断温升数据与预设规则的差异来推断故障类型。
模型驱动的诊断方法是根据轴承和轮对的物理模型进行数学建模，通过对比实际数据和模型预测的数据来确定故障类型。
数据驱动的诊断则是基于大量采集到的历史数据，通过数据挖掘和机器学习算法来预测和诊断故障。
数控机床高速主轴温升与热变形实验研究
ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｆ ｏ Ｃ Ｎ Ｃ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ ． Ｉ ｎ ｏ ｒ ｅｒ ｄ ｔ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｔ ｅｒ ｈ ｍ ａ ｌ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｏｎ ｉ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｔ ｏ ｉ ｎ ｓ ｆ ｏ ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ
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了高速电主轴温升与热变形测试实验平 台，采用主轴动 态误差分析仪 同时测量 １ ５ ０ ＭＤ ２ ４ Ｚ ７ ． ５型电主轴在 Ｘ ＜ Ｙ 、 ｚ轴方向的 热变形量及不同位置的温升变化。结果表明， 主轴轴 向（ ｚ向） 的热变形量最大， 在转速为 ４ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ 、 ６ ０ ０ ０ ｄ ａ ｒ ｉ ｎ 、 ８ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ 、
１ ０ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ 条件下 ， 主轴的轴 向热变形分别达到 ７ ３ ． １ 、 ７ ９ ． ３ 、 ７ ４ ． ５ 、 ７ ５ ． １ ； 且主轴轴端温升趋势与轴向热变形趋势一致。 论文
高速电主轴系统的温升控制
算， 对其在一定升温范围内
的膨 胀量 做 充分 的考虑 。 我 们 通 过 图 ２和 图 ３所 示 关 系 对 轴 承 配 合 选 择 和 温 度
传递有一个直观了解。
设计时可按以下 ， 在结构允许 的条件下 ， 尽可能 将轴承支撑点远离转子 ， 加大前后轴承的跨距 ， 即： 避免上
３ 结 语
右 ，以油脂能均匀地在每个滚动体上形成一层薄油膜时
无 论 是设 计 阶段 还 是装 配 阶段 ，对 于产 生 电 主轴 系
的量 为最 佳 ；４ 如使 用 角接 触 球 轴 承 ， 轴 承 预 紧 时 避 统温升的主要环节 ， （） 在 我们应该严格控制 ， 把不该产生的热 免过 大 的预 紧 力 。 量消除掉 ， 把不可避免的热源尽量降到最低。 在整个系统 我公 司按 以上 方 法在 该 数 控车 床 上 安装 后实 验 得 出 的数 据 如表 ｌ 示 。 所 ． 的设计 当 中 ， 一定 要 做 到热 平衡 ， 样才 能使 整 个 电 主轴 这 系统 中的各 部分 更接 近热 平 衡 。 量产 生 是不 可避 免 的 ， 热
环境温度控制也非常重要。 一般情况下 ， 最好能在常 温下工作 ， ２ ￣￣ ￣为最佳温度 。 即 ０ ２Ｃ Ｃ
使得滚子 的摩擦力变小 ， 从而可 以减少温度进一步升高 ；
（） ３ 尽量 采 用 油润 滑 或油 气 润滑 ， 样 不仅 可 以起 到 润滑 这
除此 之外 ， 还要 适 当控 制 电主轴 系统 的动 平衡 ， 于 对 作用 ， 还有效地起到冷却作用 ； 如果 由于结构限制 只能采 高速 电主轴来说 ， 动平衡 等级应达 到 Ｇ ．级 ， Ｏ ４ 这里对该 取脂润滑 ，那么我们在装配时对润滑脂 的射入量要严格 项不作详细说明。 控 制 ， 般 情 况 下 不宜 过 多 ， 轴 承 滚 子 空 间 的 １ ０ 一 取 ／ 左 １
高速电主轴在线温升及轴向热伸长测试系统的设计
高速电主轴在线温升及轴向热伸长测试系统的设计周金芳;姜万生;王斌洲;陈自立【摘要】针对高速电主轴的热源及热误差问题进行了研究.阐述了基于多通道数据采集卡与虚拟仪器技术的高速电主轴在线温升及轴向热伸长测试系统的整体设计方法.测试系统硬件由多功能数据采集卡和高精度位移、温度传感器组成,并在LABVIEW平台上以图形化方式编写测试系统配套软件,实现了对信号的实时采集、存储与回放,并对数据进行处理和分析.实验结果表明,该测试系统运行稳定、可靠,达到了预期的效果.%The thermal source and thermal error of the high-speed electric spindle has been studied. The test system for the online temperature Monitoring and the Axial Thermal Growth of High-Speed electric Spindle has been designed based on the IPC and the virtual instument technology, The testing system hardware composed by the multi-purpose data acquisition card, high accuracy displacement sensor and temperature sensor, used LABVIEW to facilitate the preparation of the operation, powerful test software, and accomplished the real time acquisition, storage and playback of the signal. The expermental results demonstrate the good data acquisition capability of thetesting system.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(064)004【总页数】6页(P749-753,773)【关键词】高速电主轴;在线温升;热伸长量;多通道数据采集卡;虚拟仪器【作者】周金芳;姜万生;王斌洲;陈自立【作者单位】西北工业大学,西安710072;西北工业大学,西安710072;西安英威腾合升动力科技有限公司,西安710075;西北工业大学,西安710072【正文语种】中文【中图分类】TG502.15近年来，随着高速高精密机床的日益广泛应用，影响机床加工精度的热特性渐渐地引起人们的注意，并成为研究的热点之一。
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高速立式加工中心电主轴的温升测试及分析
赵月娥;王美妍
【摘要】Focused on the features of the built-in motor spindle high speed machining center,motorized spindle temperature of heat source was analyzed.Through designing and building electrical spindle experiment platform,and by using DH5922 dynamic signal test and analyzing system,optimal modulator thermal resistor of detection system was selected and motorized spindle temperature rising test was completed.Through the analysis of the experimental results,the reasons of the motorized spindle temperature rising were verified,and relevant measures for real-time monitoring of temperature rise were put forward.%针对高速立式加工中心电主轴内置电动机的特点,分析了电主轴产生温升的热源.通过设计与搭建电主轴试验平台,采用DH5922动态信号测试分析系统,选择热电阻适调器组成的检测系统,完成了电主轴的温升测试试验.通过对试验结果的分析,验证了电主轴温升产生的原因,并提出了相关对温升进行实时监控的措施.
【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2013(000)008
【总页数】3页(P74-76)
【关键词】电主轴;温度传感器;温升测试;数据分析
【作者】赵月娥;王美妍
【作者单位】陕西工业职业技术学院机械工程学院,陕西咸阳712000;陕西工业职
业技术学院机械工程学院,陕西咸阳712000
【正文语种】中文
【中图分类】TG659
高速立式加工中心的主要特点是高速、高精度和高稳定性。
电主轴作为高速立式加工中心的核心部件，其性能的优劣对高速立式加工中心的加工精度及生产效率的影响很大；因此，通过对电主轴温升特性的测试，分析出电主轴温升达到热稳定状态时的转速范围，为电主轴的冷却系统以及实际的生产加工过程提供依据［1］。
1 电主轴的基本结构
高速立式加工中心高速电主轴的结构图如图1所示，该电主轴的额定功率为
19.0kW，额定转矩为68.7N·m，最高转速可达为20 000r／min，前后轴承均采
用油气润滑。
图1 电主轴结构图
2 电主轴的热源分析
电主轴工作时产生的热变形是由内、外热源共同作用的结果。
这些热源会随加工方式、工件材料和主轴转速等加工条件的变化而变化［2－3］。
不同的电主轴，其
单元内的各零件也会因零件的材料、结构和形状等不同而具有各自的热惯性。
在电主轴的不同部分热量的传热状况也不同，从而导致电主轴内部形成了复杂的温度场。
在这个复杂温度场的作用下，电主轴的各部分也产生了不同的热变形与热应力［4］。
高速电主轴的内部热源主要包括电动机引起的发热和轴承在高速运转过程中的摩擦发热。
定子产生的热量一方面可以通过对流由冷却系统的冷却水带走，另一方面可以与周围的空气进行对流。
转子产生的热量通过热传导直接传递给主轴，
同时也可以与周围空气对流换热［5－6］。
3 电主轴的温升测试
3.1 电主轴的温升测试原理
电主轴的温升特性试验包括空载温升试验和负载温升试验。
空载温升试验用来检验空运转情况下电主轴的温度和温升，主要目的是检验装配质量，检验在额定电压、额定功率及额定转速情况下，电主轴的温升是否达到热稳定状态。
电主轴在高速运转时会产生大量的热，主要来自内装电动机的发热和主轴与轴承之间的发热2个方面。
电主轴温升测试试验是在电主轴前端与后端外壳部位，用磁座贴装温度传感器，通过采集温升信号，并对温升信号进行处理，实现电主轴的温升。
当电主轴在额定电压和额定功率下以不同的转速旋转时，可使传感器拾取电主轴端部外圆柱表面上的温度数据，通过仪器对所采集到的模拟信号进行整形，并转化成离散的数字信号，然后再对其进行信号处理。
3.2 电主轴测试系统的组成
电主轴测试系统主要由高速立式加工中心电主轴、检测系统（加速度传感器、热电阻适调器、DH5922动态信号测试分析系统、测试软件和计算机等）组成，如图2所示。
图2 电主轴测试系统的组成
高速立式加工中心电主轴的温升测试试验采用温度传感器对不同转速下电主轴前后轴承处的温度进行采集，通过DH3814热电阻适调器对信号进行调节与DH5922动态特性信号测试系统分析，测试结果在计算机上直接显示。
试验中，共安装了5路温度传感器，分别对电主轴前端及后端轴承的温度进行监测。
在该测试试验中，通过安装于电主轴表面的温度传感器采集到模拟信号，通过仪器对所采集到的模拟信号进行整形，并转化成离散的数字信号。
温度传感器的安装位置如图3所示，通道5传感器安装于电主轴后端正面中间位置，通道6传感
器安装于电主轴后端正面右侧，通道7传感器安装于电主轴前端右侧，通道8传
感器安装于电主轴前端背面中间，通道9传感器安装于电主轴前端正面左侧。
图3 温度传感器的安装图
试验用温度传感器的输入输出通道参数：铂电阻类型为Pt100，量程范围为
266.4EU。
4 电主轴的温升测试结果
在室温（22℃）的条件下，开起电主轴，使电主轴以不同的转速空转，同时打开
电主轴的冷却与润滑系统。
将采集的数据在MATLAB中进行分析，绘制各通道转速的温度变化曲线，如图4所示。
图4 温度变化曲线
从图4中可以看出，通道5、7、8所采集的温度数据随转速的变化趋势基本相同，先增加后减少，转速在12 000～14 000r／min时的温度达到最高值，之后温度
随转速的增加而降低；通道6和9所采集的温度随转速的变化趋势大致相同，均
为缓慢增加的过程；通道9所采集到的温度最高值达35.9℃，温升13.9℃；电主轴在2 000～14 000r／min时的温度变化不稳定，电主轴各部分的温度逐渐升高，当转速达到15 000r／min后，对应电主轴5、7、8通道的温度逐渐下降，并且
温度变化逐渐趋于稳定，温升变化不大；在相同转速下，通道5、7、8的温度略
低于通道6、9，通道7、8、9所采集的为电主轴前端的温度，当电主轴最初开始运转时，由于冷却系统与润滑系统对电主轴的冷却效果不明显，所以温度变化较大。
运转一定时间后，冷却效果明显，电主轴的温度变化趋于平稳。
5 结语
电主轴温升随其转速提高而增大，并且温度升高增加缓慢，电主轴前端温升比后端温升高，冷却系统与润滑系统对电主轴的冷却效果在运转一段时间后表现明显，电主轴趋于热平衡状态。
该高速电主轴的前后轴承处的冷却形式是使其冷却套以水冷
的形式进行冷却，当转速增加时，向电主轴中空的内径中通入空气，从而加强了冷却作用。
参考文献
［1］文怀兴，苏江飞.高速主轴动态性能的试验研究［J］.煤矿机械，2012（5）：67－69.
［2］文怀兴，王美妍.高速电主轴热态性能的有限元分析及温升控制［J］.组合机
床与自动化加工技术，2010（9）：52－55.
［3］毕江涛.高速电主轴热态性能分析与试验研究［D］.重庆：重庆大学，2011. ［4］王煪.高速磨削电主轴温升及动力学特性研究［D］.长沙：中南大学，2008. ［5］崔海云.磨削类电主轴单元动态热态特性研究［D］.太原：太原科技大学，2010.
［6］尤晶.高速电主轴热态性能分析与优化［D］.武汉：华中科技大学，2011.。