1、想聯(lián)系qq嗎電主軸監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)張亞軍赫爾佐格(陜西漢中陜西工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及自動(dòng)化073班)講師：黃崇禮摘要以高速電主軸監(jiān)控系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析了需要檢測(cè)的幾個(gè)主要參數(shù)、系統(tǒng)的主要硬件結(jié)構(gòu)以及上位機(jī)監(jiān)控軟件labviw的主要功能。通過(guò)電主軸專(zhuān)用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采集并分析了機(jī)床主軸的振動(dòng)信號(hào)、電機(jī)軸承溫度、軸向位移及相關(guān)狀態(tài)參數(shù)。通過(guò)對(duì)采集系統(tǒng)的分析，可以通過(guò)指示燈為缺乏主軸和軸承知識(shí)的一線工人提供判斷信息。該系統(tǒng)能夠識(shí)別機(jī)床主軸的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的早期征兆，從而及時(shí)消除隱患，避免破壞性事故的發(fā)生。為機(jī)床主軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)和維護(hù)專(zhuān)業(yè)人員提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞 Labview軟件；電主軸。在

2、線監(jiān)測(cè)；軸承溫度；軸向位移觸電主軸監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)張亞軍(陜西大學(xué)機(jī)械工程系機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)07級(jí)03班技術(shù)陜西漢中)李翀：黃【摘要】本文以高速觸電主軸監(jiān)控系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析了機(jī)床電氣主軸的幾個(gè)主要參數(shù)，需要檢測(cè)的系統(tǒng)主要硬件組成和上位機(jī)監(jiān)控軟件labviw的主要功能。電主軸專(zhuān)用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采集分析機(jī)床主軸的振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)速、電氣工程和前后軸承溫度、軸位移及相關(guān)狀態(tài)參數(shù)。收集系統(tǒng)分析后，可以通過(guò)指標(biāo)為缺乏主軸、軸承知識(shí)的一線員工提供判斷信息。該系統(tǒng)能夠識(shí)別機(jī)床主軸的狀態(tài)并及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期故障的征兆，從而能夠及時(shí)排除故障隱患，避免故障發(fā)生的破壞性，為專(zhuān)業(yè)人員在機(jī)床主軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)、檢測(cè)固定方面提供堅(jiān)

3、實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)?！娟P(guān)鍵詞】Labview軟件；給觸電者一個(gè)主軸；在線監(jiān)督；軸承溫度。莖向.移動(dòng)目錄目錄第一章前言11.1主題背景11.2設(shè)計(jì)目的11.3總體設(shè)計(jì)方案1第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)第三部分2.1電主軸的設(shè)計(jì)第3部分2.1.1電主軸3的選擇2.2數(shù)據(jù)采集卡的部分設(shè)計(jì)42.2.1概述42.2.2輸入輸出接口設(shè)備PCI-6221數(shù)據(jù)采集卡42.3信號(hào)調(diào)理模塊52.3.1概述52.3.2信號(hào)調(diào)節(jié)模塊6的選擇2.3.3信號(hào)調(diào)節(jié)模塊7的功能2.4傳感器設(shè)計(jì)第8部分2.4.1溫度傳感器82.4.2振動(dòng)和位移傳感器的設(shè)計(jì)第9部分第3章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第11部分3.1系統(tǒng)實(shí)施的特征113.2系統(tǒng)前面板設(shè)計(jì)1

4、23.2.1登錄系統(tǒng)123.2.2通道參數(shù)的配置143.2.3實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示153.2.4歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)163.2.5報(bào)警記錄18第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)194.1軟件平臺(tái)選擇194.1.1圖形化編程軟件平臺(tái)LabVIEW194.2系統(tǒng)應(yīng)用軟件的編譯194.2.1啟動(dòng)系統(tǒng)194.2.2系統(tǒng)登錄模塊204.2.3用戶(hù)管理模塊214.2.4數(shù)據(jù)采集模塊224.2.5數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊234.2.6數(shù)據(jù)回放模塊244.2.7報(bào)警和記錄模塊26第五章總結(jié)27致謝27參考文獻(xiàn)29第一章前言1.1主題背景隨著數(shù)控機(jī)床在我國(guó)的廣泛應(yīng)用，電主軸是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵功能部件之一，主軸的質(zhì)量直接影響機(jī)床的性能。由于主軸單元

5、中轉(zhuǎn)子、殼體和軸承密封的機(jī)構(gòu)、加工和安裝存在缺陷，機(jī)床在運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生振動(dòng)，振動(dòng)過(guò)大往往是造成機(jī)床損壞的主要原因。為了使機(jī)床保持良好的技術(shù)狀態(tài)和方便維修，有必要對(duì)其重要參數(shù)進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)和研究。近年來(lái)，隨著大量計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展和先進(jìn)監(jiān)測(cè)理論的應(yīng)用，主軸工作狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)和主軸狀態(tài)的離線分析診斷已經(jīng)發(fā)展成為主軸運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)和診斷，監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)也趨于智能化，使得電主軸監(jiān)測(cè)專(zhuān)家系統(tǒng)更能按照人們的意愿對(duì)其進(jìn)行健康管理。1.2設(shè)計(jì)目的了解電主軸在數(shù)控機(jī)床發(fā)展中的重要作用，了解其基本結(jié)構(gòu)和工作原理。掌握傳感器的具體安裝方法，學(xué)會(huì)使用labview虛擬儀器和采集卡采集多路數(shù)據(jù)1.3總體設(shè)計(jì)方案主軸監(jiān)控系

6、統(tǒng)的主體是由傳感器、信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡和PC機(jī)終端組成的硬件系統(tǒng)。從圖1.1可以看出，系統(tǒng)采用傳感器作為數(shù)據(jù)采集部件，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)處理后，通過(guò)采集卡的A/D轉(zhuǎn)換卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送給計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和處理圖1.1硬件組成原理第二章是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1電主軸的設(shè)計(jì)2.1.1電主軸的選擇數(shù)控機(jī)床在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。在本次設(shè)計(jì)中，德國(guó)GMN公司選擇了電主軸作為加工中心和銑床。紡錘模型套筒直徑/毫米最大速度/(轉(zhuǎn)/分)輸出功率/KW基本速度/(轉(zhuǎn)/分)基本速度扭矩/Nm潤(rùn)滑工具界面HCS230g-12000/22230120002224008

7、7GHSK-A63注：六氯苯病媒控制；油氣潤(rùn)滑；G:永久油脂潤(rùn)滑；SK國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織表2.1電主軸的型號(hào)和參數(shù)圖2.2數(shù)控機(jī)床電主軸的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)圖圖2.3電主軸內(nèi)部結(jié)構(gòu)的外部視圖2.2數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計(jì)2.2.1概述虛擬儀器的硬件平臺(tái)由計(jì)算機(jī)和輸入輸出接口設(shè)備組成。輸入輸出接口設(shè)備主要完成信號(hào)輸入采集、放大和模數(shù)或數(shù)模轉(zhuǎn)換的任務(wù)。輸入輸出接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)是虛擬儀器采集真實(shí)物理信號(hào)的基礎(chǔ)。因此，輸入輸出接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)是虛擬儀器系統(tǒng)的重要組成部分。2.2.2輸入輸出接口設(shè)備PCI-6221數(shù)據(jù)采集卡可選擇NI PCI-6221(37針)數(shù)據(jù)采集卡DAQ卡、5倍采樣率的高速M(fèi)系列和4倍分辨率的高精度M系列

8、，包括NI-DAQmx、Virogger Lite數(shù)據(jù)記錄軟件等測(cè)量服務(wù)。其基本規(guī)格如下：16路模擬輸入，16位分辨率L 250kS/s采樣速率L 2 16位模擬輸出，更新速率為833kS/sL 24數(shù)字輸入/輸出(8個(gè)高達(dá)1M的高速)L 2 32位80MHz計(jì)數(shù)器/定時(shí)器鋁和鋁通道能承受的最大電壓為正負(fù)10伏NI PCI-6221是一款低成本多功能M系列數(shù)據(jù)采集(DAQ)板，針對(duì)需要控制成本的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。PCI-6221(37針)采用了其他m系列設(shè)備通用的技術(shù)，NI PCI-6221(37針)為設(shè)計(jì)、測(cè)試和控制應(yīng)用中的數(shù)據(jù)采集提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。2.3信號(hào)調(diào)理模塊2.3.1概述

9、信號(hào)調(diào)理是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中最重要也是最容易被忽視的部分。許多傳感器需要特殊的信號(hào)調(diào)節(jié)技術(shù)，但沒(méi)有任何設(shè)備能為所有傳感器提供各種信號(hào)調(diào)節(jié)功能。例如，熱電偶產(chǎn)生低壓信號(hào)，需要進(jìn)一步放大、濾波和線性化。2.3.2選擇信號(hào)調(diào)理模塊為了解決工程中的傳感器連接問(wèn)題，美國(guó)ADI公司專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了傳感器連接模塊2 B3 1。它是一個(gè)電阻信號(hào)和自適應(yīng)模塊。它功能齊全，精度高該模塊分為四個(gè)部分：高性能儀表放大器、緩沖器、貝塞爾三極點(diǎn)低通濾波器和可調(diào)激勵(lì)源。它可以在設(shè)計(jì)界面時(shí)有機(jī)地結(jié)合用戶(hù)所需的各種功能電路。該系統(tǒng)完成了傳感器信號(hào)的處理，減小了接口電路的尺寸，降低了功耗，并消除了設(shè)備之間的干擾信號(hào)。2.3.3信號(hào)調(diào)

10、節(jié)模塊的功能從傳感器獲得的大多數(shù)信號(hào)需要在進(jìn)入數(shù)據(jù)采集設(shè)備之前進(jìn)行調(diào)節(jié)。信號(hào)調(diào)理功能包括放大、隔離、濾波、激勵(lì)、線性化等。由于不同的傳感器具有不同的特性，除了這些通用功能外，還應(yīng)根據(jù)特定傳感器的特性和要求設(shè)計(jì)特殊的信號(hào)調(diào)理功能。信號(hào)調(diào)理的一般功能如下：1)放大微弱信號(hào)，提高分辨率，降低噪聲，使調(diào)理信號(hào)的電壓范圍與a/d的電壓范圍相匹配。信號(hào)調(diào)理模塊應(yīng)盡可能靠近信號(hào)源或傳感器，使信號(hào)在受到傳輸信號(hào)的環(huán)境噪聲影響之前得到放大，提高信噪比。2)隔離是指使用變壓器、光學(xué)或電容耦合方法在被測(cè)系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)之間傳輸信號(hào)，避免直接電氣連接。使用隔離的原因是：從安全角度考慮；其次，隔離可以使從數(shù)據(jù)采集卡讀取的

11、數(shù)據(jù)不受地電位和輸入模式的影響。如果在沒(méi)有隔離的情況下，數(shù)據(jù)采集卡的地和信號(hào)地之間存在電位差，則有可能形成接地回路并導(dǎo)致錯(cuò)誤。3)濾波濾波的目的是從測(cè)量信號(hào)中去除不想要的成分。大多數(shù)信號(hào)調(diào)理模塊都有低通濾波器來(lái)濾除噪聲。一般來(lái)說(shuō)，需要一個(gè)抗混疊濾波器來(lái)濾除信號(hào)中高于最高目標(biāo)頻率的所有頻率。此外，一些高性能數(shù)據(jù)采集卡有自己的抗混疊濾波器。4)激勵(lì)信號(hào)調(diào)理還可以為一些需要外部電源或電流激勵(lì)信號(hào)的傳感器(如應(yīng)變傳感器和熱敏電阻)提供所需的激勵(lì)信號(hào)。許多信號(hào)調(diào)節(jié)模塊提供電流源和電壓源，為傳感器提供激勵(lì)。5)線性化許多傳感器對(duì)測(cè)量信號(hào)具有非線性響應(yīng)，因此有必要線性化它們的輸出信號(hào)，以補(bǔ)償由傳感器引起的誤

12、差。目前，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也可以用軟件來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。6)數(shù)字信號(hào)調(diào)理即使傳感器直接輸出數(shù)字信號(hào)，有時(shí)也需要進(jìn)行調(diào)理，其功能是對(duì)傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行必要的整形或電平調(diào)整。大多數(shù)數(shù)字信號(hào)調(diào)理模塊還提供了其他一些電路模塊，使用戶(hù)可以通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字輸入輸出比直接控制電磁閥、燈、電機(jī)等外部設(shè)備。2.4傳感器零件設(shè)計(jì)2.4.1溫度傳感器選用STT S系列鉑電阻溫度傳感器，適用于測(cè)量金屬設(shè)備的表面和內(nèi)部溫度。通過(guò)加長(zhǎng)螺紋，還可以測(cè)量軸承和軸瓦的溫度，安裝簡(jiǎn)單方便。技術(shù)指標(biāo)：安裝模式：螺紋安裝傳感器類(lèi)型：PT100不銹鋼材料：sus321螺紋規(guī)格：M101.0螺紋長(zhǎng)度：10毫米引線結(jié)構(gòu)：三線制/特氟隆型/電纜護(hù)套/屏蔽層引線長(zhǎng)度：1000毫米準(zhǔn)確度：a級(jí)。溫度范圍：-50 2002.4.2振動(dòng)和位移傳感器的設(shè)計(jì)振動(dòng)波形是示波器上顯示的原始振動(dòng)波形，是分析振動(dòng)數(shù)據(jù)的一種非常重要的方法。兩個(gè)渦流傳感器以90度角安裝在機(jī)器的每個(gè)測(cè)量點(diǎn)上，可以很好地描述振動(dòng)形式。軸向位移測(cè)量的主要目的是確定轉(zhuǎn)子與定子之間的軸向間隙，避免軸向摩擦的惡性故障。此外，在使用徑向振動(dòng)數(shù)據(jù)分析振動(dòng)原因時(shí)，也可以作為參考。系統(tǒng)的振動(dòng)和軸向位移傳感器采用JX70系列渦流傳感器，JX70系列集成式渦流位移傳感器是在JX20系列渦流位移傳感器的基礎(chǔ)上，通過(guò)表