CN215414336U - 一种机床主轴温升试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机床主轴温升试验装置，包括有固定主轴的安装架，在安装架上设有驱动主轴转动的电机，在安装架上还设有温度传感器和转速传感器，还包括有主控平台，主控平台直接控制电机转速，从而间接控制主轴转速，使主轴在不同转速下通过温度传感器和转速传感器采集温度和转速信号，并通过主控平台对温度和转速数据进行显示，实时了解主轴温升情况，通过该装置能够快速准确的在主轴装配前对主轴温升情况进行试验检测，操作简单方便，效率高，数据检测更加准确。

Description

一种机床主轴温升试验装置

技术领域

本实用新型涉及机床主轴试验装置，尤其涉及机床主轴温升试验装置。

背景技术

随着高端制造业的发展，数控机床在各行业得到了广泛应用。主轴部件作为数控机床的核心精密部件，直接决定着数控机床加工精度和可靠性。GB/T 9061-2006《金属切削机床通用技术条件》中4.6项中主轴温升试验要求：试验时，主轴应从最低速度起依次运转，每级速度的运转时间不应少于2min。用交换齿轮、皮带传动变速和无级变速的机床，可作低、中、高速运转。在最高速时应运转足够的时间(不应少于1h)，使主轴轴承达到稳定温度。主轴轴承达到稳定温度时，检查其温度和温升。滚动轴承温度不得超过70℃，温升不得超过40℃。机床经过一定时间的运转后，其测量温度值上升幅度不超过5℃时，一般可认为已达到稳定温度，所以主轴温升试验是数控机床制造过程的必不可少的重要环节。

目前，机床主轴温升试验都在整机装配完成后进行，传统测法是用机床操控系统按照国家标准要求控制主轴转速，试验过程中用手持式测温仪测量主轴轴承附近主轴内孔温度。还有一种测法主要用于整机性能试验过程主轴轴承温度监控，在机床工作过程中，将温度传感器固定于轴承法兰端面，实现实时温度采集。第一种测法实施过程中人为误差大，手持式测温仪测量位置和角度变量无法控制,第二种测法实施过程中测量位置所反馈温度与轴承真实温度存在5-10℃差值，两种测法都存在测量数据准确性偏低、无法自动处理试验数据及判定试验结果的缺点，而且在整机装配完成后进行主轴温升试验无法实现生产周期的缩短。

实用新型内容

为了解决现有技术中的不足，提供一种安全可靠，检测准确、效率高、精度高，且能够在机床装配前对主轴进行温升试验的试验装置，本实用新型所采用的技术方案是：

一种机床主轴温升试验装置，包括有固定主轴的安装架，在所述的安装架上设有驱动主轴转动的电机，在所述的安装架上还设有温度传感器和转速传感器，还包括有主控平台，所述的主控平台包括人机界面、主控单元、变频器和模拟量输入单元，所述的人机界面能够向主控单元输入指令同时能够显示主控单元采集并处理后的实时数据；所述的主控单元控制变频器调节以及处理模拟量输入单元反馈信息，所述的变频器与电机连接控制电机转速，所述的转速传感器采集主轴转速信息并传输至模拟量输入单元，所述的温度传感器至少设置两个且分别采集环境温度和主轴温度并传输至模拟量输入单元，所述的模拟量输入单元将转速和温度信息转换成模拟数字信号传输至主控单元。

进一步的，所述的变频器向模拟量输入单元反馈信号，该反馈信号用于判断电机故障以及通过主控单元结合转速传感器采集的主轴转速计算出电机和主轴传动比。

进一步的，所述的安装架包括固定主轴的底座和设置温度传感器和转速传感器的安装臂。

进一步的，所述的安装臂为能够自由调节并定位的定位杆。

进一步的，所述的定位杆为蛇形管或万向竹节管。

进一步的，在所述的底座上设有导轨，所述安装臂包括能够沿导轨移动的立杆，在所述的立杆上活动设有能够沿立杆上下移动的滑块，在所述的滑块上设有能够朝向主轴一侧移动的横杆，所述的滑块能够锁紧在立杆上且能够将横杆锁定，所述的温度传感器和转速传感器安装横杆上。

进一步的，在所述的主控单元上连接有显示状态的警示灯。

进一步的，在所述的模拟量输入单元上连接有采集主轴噪声的噪声传感器。

进一步的，所述的温度传感器置于主轴腔内且轴承位置相对处。

进一步的，在所述的底座上设有一组条形安装槽，在所述的条形安装槽上设置有能沿条形安装槽移动并定位用于固定主轴的定位块。

通过使用该主轴温升试验平台，实现主轴部装阶段自动温升试验，在数控机床整机阶段不再进行主轴温升试验，缩短数控机床制造周期。主轴温升试验过程中数控机床主轴箱部件智能温升试验平台具有故障自处理的功能，降低操作人员工作量，减少人工操作提高检测准确性，保证操作完全；通过使用数控机床主轴箱部件智能温升试验平台，实现温升试验全过程转速、温度、温升、噪音数据动态监控、自动存档的功能，为后期技术分析提供全面的数据支持。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型主控平台模块框图；

图3为本实用新型安装臂结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出的具体实施例对本实用新型技术方案做进一步说明，如图1所示的试验装置包括安装架1和主控平台5，安装架1用于固定主轴，在安装架1上设置有电机2用于驱动主轴转动进行试验，在安装架1上还设有温度传感器3和转速传感器4用于检测温度和转速变化情况，其中温度传感器3至少设置两个，一个用于检测环境温度，一个用于检测主轴A温度(对主轴温度检测根据主轴上轴承数量设置个数，由于主轴发热部位主要集中在轴承安装位置，因此温度传感器也相应的根据轴承排布和数量的多少设置，一般轴承沿主轴轴向设置两组轴承，这种情况下针对主轴温度检测的温度传感器设置一对且分别针对两组轴承部位进行检测)，两者进行对比判断主轴温升变化，而主控平台5则用于控制电机2转速以及收集温度传感器3和转速传感器4采集的数据并进行处理，如图2所示的主控平台5包括有人机界面5-1、主控单元5-2、变频器5-3以及模拟量输入单元5-4(模拟量输入单元的数量由其接口数量而定，传感器数量超过模拟量输入单元上接口数量时则需要增加模拟量输入单元的数量，从而来满足传感器的连接)，人机界面5-1用于向主控单元5-2输入指令并且能够显示主控单元5-2收集处理后的实时数据，主控单元5-2能够实现对变频器5-3(速度参数)的调节控制，而变频器5-3则与电机2连接控制电机2转速，温度传感器3和转速传感器4与模拟量输入单元5-4连接，通过模拟量输入单元5-4将温度和转速模拟信号转换成数字信号传输至主控单元5-2进行处理计算。

工作时人机界面5-1输入转速变化量至主控单元5-2，通过主控单元5-2控制变频器5-3速度参数从而实现对电机2的转速控制，使电机2在不同转速下带动主轴旋转，从而通过温度传感器3检测主轴在各转速下温度变化情况。

当该试验装置需要针对多种型号和规格的主轴进行检测时，由于不同型号规格的主轴和电机之间传动比会发生变化，因此为了精确控制主轴转速，采用以下方式实现：

当人机界面5-1输入信息为转速时：在变频器5-3不进行反馈的情况下需要输入两次转速通过转速传感器4采集的数值与输入转速数值进行对比，从而计算出输入转速和实际转速之间的比值，通过换算计算出主轴所要达到的转速在人机界面5-1应该输入的转速数值，从而精准控制主轴达到指定转速。

而为了能够更快的计算出传动比，可以将变频器5-3与模拟量输入单元5-4连接实现信号反馈，输入人机界面5-1输入转速后，变频器5-3会反馈速度参数信号至模拟量输入单元5-4，模拟量输入单元5-4则会将变频器5-3反馈信号输送至主控单元5-2，主控单元5-2将输入转速、主轴转速以及变频器速度参数信号关系之间做运算获得输入转速和实际转速的匹配关系，再次输入主轴所需转速后变频器自动匹配合理速度参数使主轴达到指定转速，该变频器5-3反馈信号还用于监测电机电流，异常情况下起到保护作用。

如图1所示的安装架1包括有底座1-1，电机2和主轴均安装在底座1-1上，在底座1-1上设有安装臂1-2，温度传感器3和转速传感器4安装在安装臂1-2上对主轴指定部位进行数据采集。

为了能够使温度传感器3和转速传感器4检测到主轴指定部位，该安装臂1-2采用能够自由调节并定位的定位杆，定位杆可以采用蛇形管或万向竹节管等具有任意角度调节功能构件，其中温度传感器3伸入主轴腔内针对主轴安装轴承的部位进行检测，因为主轴旋转过程中轴承发热最大，该热量传递至主轴后主轴随即升温，而转速传感器4则置于主轴外，在主轴转动部位粘贴黑色反光片作为参考，通过转速传感器4(这里采用的是光纤光电传感器)感应反光片转过次数来计算主轴转速。

除了上述通过蛇形管或者万向竹节管定位穿管器，还可以采用图中给出的实施例对温度传感器3和转速传感器4进行定位，如图1所示在底座1-1上设置导轨1-3，该实施例中采用铝型材作为导轨1-3使用，如图3所示的安装臂1-2包括设置在导轨1-3上的立杆1-21，立杆1-21能够沿导轨1-3移动并且有锁死装置实现定位，一般可采用顶丝锁死，在立杆1-21上活动设置有滑块1-22，滑块能够沿立杆1-21移动并且通过顶丝能够锁死定位，在滑块1-22上还设置有横杆1-23，横杆1-23能够在滑块1-22上移动，从而使安装在横杆1-23上的温度传感器3或转速传感器4移动至主轴上需要检测的部位。

为了能够及时获知该试验装置的工作状态，还可以在该装置中设置警示灯5-5，警示灯5-5与主控单元5-2连接负责传递温升试验平台运行状态，红色为故障状态，绿色为正常状态，黄色为准备状态，实现操作者远距离观察到试验平台运行状态。

由于主轴规格不同，为方便主轴在底座1-1上进行安装，在底座1-1上还设有一组条形安装槽7，条形安装槽7上设置有能沿条形安装槽移动并定位的定位块8，通过调整定位块8位置实现对不同规格主轴的定位和安装。

除了检测主轴的温度和转速外，在该装置中还设置有噪声传感器6采集主轴噪声，从而检测不同转速下主轴噪声情况，噪声传感器6连接到模拟量输入单元5-4，最终反馈至主控单元，用于结果判定。该噪声传感器可以安装到安装臂1-2上或者单独设置支架置于安装架1外侧。

对以上试验装置中各电路单元具体选用规格型号做补充说明，实际保护范围并不限定于一下规格型号的元器件，主控单元选用三菱FX5U-32MR PLC，FX5-4AD作为模拟量输入单元，人机界面选用威纶通MT8102iE，变频器选用艾默生EV2000，温度传感器可选用北京赛亿凌铂电阻温度传感器测量环境温度，欧普士CTLT15非接触式红外光电传感器测量主轴转速，转速传感器选用施耐德XUFN05312AA+XUDA2PSML2光纤光电传感器，噪声传感器6选用山东仁科RS-ZS-I20-2噪声传感器。

数控机床主轴箱部件智能温升试验平台具体操作步骤如下：

1)将主轴用定位块固定在底座上，用V型带连接主轴与电机，检查皮带张紧力，空气开关上电，按电源开启动系统；

2)人机界面正常启动后，系统处于自动模式，试验台人机界面可设定起始转速，最高转速，变速间隔时间及间隔速度差值，最高速持续时间等参数，通过自编程软件控制主控单元，实现试验台正常运行；

3)设定好运转参数后，按启动键，试验平台按照最低设定转速开始运转，转速由低到高，按照设定变速间隔时间及间隔值依次变速，直到最高转速，主轴运转到达最高设定转速后持续运转最高速持续时间，然后降到最低转速恒温一小时，完成后自动停止或按主轴停止键，完成主轴温升试验。通过主控单元和变频器的协同工作，能够实现不同规格主轴按既定速度进行主轴温升试验；

4)U盘自动完成数据存储，数控机床主轴箱部件智能温升试验平台自动完成试验结果判定。

Claims (10)

1.一种机床主轴温升试验装置，包括有固定主轴的安装架(1)，其特征在于：在所述的安装架(1)上设有驱动主轴转动的电机(2)，在所述的安装架(1)上还设有温度传感器(3)和转速传感器(4)，还包括有主控平台(5)，所述的主控平台(5)包括人机界面(5-1)、主控单元(5-2)、变频器(5-3)和模拟量输入单元(5-4)，所述的人机界面(5-1)能够向主控单元(5-2)输入指令同时能够显示主控单元(5-2)采集并处理后的实时数据；所述的主控单元(5-2)控制变频器(5-3)调节以及处理模拟量输入单元(5-4)反馈信息，所述的变频器(5-3)与电机(2)连接控制电机(2)转速，所述的转速传感器(4)采集主轴转速信息并传输至模拟量输入单元(5-4)，所述的温度传感器(3)至少设置两个且分别采集环境温度和主轴温度并传输至模拟量输入单元(5-4)，所述的模拟量输入单元(5-4)将转速和温度信息转换成模拟数字信号传输至主控单元(5-2)。

2.根据权利要求1所述的一种机床主轴温升试验装置，其特征在于：所述的变频器(5-3)向模拟量输入单元(5-4)反馈信号，该反馈信号用于判断电机故障以及通过主控单元(5-2)结合转速传感器(4)采集的主轴转速计算出电机(2)和主轴传动比。

3.根据权利要求1或2所述的一种机床主轴温升试验装置，其特征在于：所述的安装架(1)包括固定主轴的底座(1-1)和设置温度传感器(3)和转速传感器(4)的安装臂(1-2)。

4.根据权利要求3所述的一种机床主轴温升试验装置，其特征在于：所述的安装臂(1-2)为能够自由调节并定位的定位杆。

5.根据权利要求4所述的一种机床主轴温升试验装置，其特征在于：所述的定位杆为蛇形管或万向竹节管。

6.根据权利要求3所述的一种机床主轴温升试验装置，其特征在于：在所述的底座(1-1)上设有导轨(1-3)，所述安装臂(1-2)包括能够沿导轨(1-3)移动的立杆(1-21)，在所述的立杆(1-21)上活动设有能够沿立杆(1-21)上下移动的滑块(1-22)，在所述的滑块(1-22)上设有能够朝向主轴一侧移动的横杆(1-23)，所述的滑块(1-22)能够锁紧在立杆(1-21)上且能够将横杆(1-23)锁定，所述的温度传感器(3)和转速传感器(4)安装横杆(1-23)上。

7.根据权利要求1所述的一种机床主轴温升试验装置，其特征在于：在所述的主控单元(5-2)上连接有显示状态的警示灯(5-5)。

8.根据权利要求1所述的一种机床主轴温升试验装置，其特征在于：在所述的模拟量输入单元(5-4)上连接有采集主轴噪声的噪声传感器(6)。

9.根据权利要求1所述的一种机床主轴温升试验装置，其特征在于：所述的温度传感器(3)置于主轴腔内且轴承位置相对处。

10.根据权利要求3所述的一种机床主轴温升试验装置，其特征在于：在所述的底座(1-1)上设有一组条形安装槽(7)，在所述的条形安装槽(7)上设置有能沿条形安装槽(7)移动并定位用于固定主轴的定位块(8)。

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