1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1研究背景与意义：数控机床是数字控制机床（computer numerical control machine tools)的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床，它代表了现代机床控制技术的发展方向。
进入21世纪，研究并发展数控机床的性能已经刻不容缓。
当前数控机床发展的基本趋势是高速度，高精度，多功能化，智能化，自动化。
2. 研究的基本内容与方案
2.1设计的基本内容与目标。 本设计课题的基本内容是设计搭建数控铣床主轴部件试验台，对试验台的功能分析及总体方案，和轴承温度检测系统设计。2.2采用的技术方案及措施
做主轴的支承特性试验，需要在加载状态下实时监测主轴的运行状态，收集故障数据，就需要设计一套性能检测系统。主轴是高速轴承技术、动平衡技术、润滑技术冷却技术、精密制造与装配技术以及电机高速驱动等技术的综合运用，上述任何一项技术失效，主轴将无法运行。主轴温升、轴承温升大小反映了其轴承质量、冷却装置的优劣，主轴和轴承的温升可以体现在前轴承端盖上，因此可以检测前轴承端盖的温度来间接检测主轴和轴承的温升。主轴的速度和转矩反映了其电机高速驱动装置的性能。其支承轴承、精密制造与装配技术的水平又决定了主轴的回转精度，轴向热伸长，径向跳动，主轴的动静刚度、主轴的振动烈度等性能。噪声是主轴各方面性能的综合体现。所以实时检测这些参数对预防故障，分析故障，提高主轴的可靠性具有重要意义。
| 检测项 | 检测指标 | 传感器 |
| 转速 | 最高转速30000r/min | 霍尔式速传感器 |
| 转矩 | 最大转矩0~9.15Nm | 电阻应变式拉压力传感器 |
| 前端温度 | 运行4小时后外壳温升25℃ | JWB/C型温度传送器（WZC型） |
| 轴向位移 | 技术标准 | 电涡流传感器 （RP6600/6600XL系列） |
| 径向跳动 | 技术标准 | 电涡流传感器 （RP6600/6600XL系列） |
| 机壳振动 | 2mm/s （30000r/min时） | 一体化速度振动变送器 |
| 噪声 | 30000r/min运行时噪声80db（A） | BR-N201智能噪声仪 |
第1节 转速转矩检测 主轴转速转矩的测定即主轴的负载特性试验，主要使电力测功机的负载在（1.5～0.25）倍的额定功率范围内变化，并测量相应的转速与转矩。主轴的调速负载特性表达主轴在整个调速范围内输出转矩及输出功率的特性曲线，是主轴的重要性能指标，它反映了高速驱动系统的性能。检验主轴在额定运行情况下的主要技术性能是否满足有关技术标准所规定的值的要求。检测转速是采用的霍尔式速传感器，转矩采用的是电阻应变式拉压力传感器，其安装方式如图2-1。
1轴承座 2联轴器 3转矩转速传感器 4联轴器 5电机 6平板 图2-1 转速转矩检测方案
第2节 温度检测 轴承在高速运转下由于摩擦产生大量的热，且发热集中，散热困难，所以良好的润滑系统是保证轴承可靠性的前提。系统的温升越高，零配件的热变形就越大，将严重影响主轴的精度。检测主轴的温度，是采用的是JWB/C型温度传送器（WZC型）。 JWB/C型温度传送器在温度传感器的接线盒内安装了变送模块，变送模块选用专用芯片进行放大和线性化处理，提高了传感器测量精度，冷端无需补偿，负载能力大，传输距离远，抗干扰能力强。本实验选用的主轴要求主轴在运行4小时后外壳温升25℃，通过软件控制，当温度超过25℃时，停止主轴的运行。温度传感器的安装方式如图2-2。
图2-2 温度传感器安装位置 第3节 轴向位移和径向跳动检测 数控机床主轴的回转运动误差是影响数控机床加工精度的重要因素之一，它直接影响到加工零件的表面质量、粗糙度及形状精度。主轴回转精度作为机床或仪器轴系工作性能的重要指标，是影响测量精度和精密加工的主要因素，主轴回转误差，是评定机床和仪器精度的主要工作。随着对机械制造精度和效率的不断提高，现代机械制造已向精密和超精密的方向发展，相应的检测精度也向更高精度挺进，检测方法从静态测量转变为动态在线检测。高速主轴的轴向热伸长及径向振动直接影响刀具的位置，从而造成加工误差。如何快速、准确、简便的测量高速主轴的热变形量和振动量对研究主轴动态特性和发展智能主轴极其重要。在位置精度要求极其高的情况下，为保证高速主轴工作的稳定性，在主轴高速运行过程中，采用非接触式RP6600/6600XL系列电涡流位移传感器对轴向位移和径向振动进行非接触实时测量，实现对高速主轴的在线监控。2.3 主要的设计任务为： （1）查阅不少于15篇的相关资料，其中英文文献不少于3篇，完成开题 报告； （2）完成不少于2万英文（5000汉字）印刷符，且与选题相关的文献翻 译工作；（3）完成折合不少于5张1-2#图纸设绘工作量；（4）完成一份1.5万字以上的设计计算说明书，设计计算说明书中涉及参考文献不少于15篇，其中外文文献不少于3篇。
2.4拟采用的技术方案及措施。 结合当前的技术发展趋势，采用模态实验和有限元方法来开展研究。建立主轴箱和主轴的线框模型；采用单点激振多点拾振的方法对其进行模态实验分析；分别建立主轴箱和主轴有限元模型，采用Lanczos法对其进行自由模态分析，得到主轴箱和主轴的固有频率和振型。设计基于ZigBee无线通信技术的轴承温度检测系统。通过数字化温度传感器DS18B20检测轴承温度，应用JN5139模块构建ZigBee无线系统，并利用其内部电源监控电路检测电压。
3. 研究计划与安排
3． 进度安排1～3周 通过调研、查阅资料等手段确定课题意义及其研究背景，完成开题报告；4～16周 完成设计计算和绘图；17～18周 完成报告及答辩；
4. 参考文献（12篇以上）
[1]张良.高性能数控机床主轴部件动态分析与试验[D].重庆；重庆大学，2007.[2]J.Jedrzejewski,Z.Kowal,W.Kwasny and W.Modrzycki.High-Speed Precise Machine Tools Spindle Units Improving[J].Journal of Materials Processing Technology. 2005,162:615-621.[3]J.Jedrzejewski,W.Kwasny and W.Modrzycki.Limiting Precision Distortions in Spindle Unit of Hsc Machining Centre[J].Journal of Machine Engineering.2008,8(1):44-53.[4]J.Chen and K.Chen.Bearing Load Analysis and Control of a Motorized High Speed Spindle[J].International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2005,45(12-13): 1487-1493.[5]Ching-Feng Chang,Jin-Jia Chen.Thermal growth control techniques for motorized spindles[J]. Mechatronics. 2009,19:1313–1320.[6]Li H, Shin YC. Intergrated dynamic thermo-mechanical modeling of highspindle[J]. Journal of Manufacturing Science and Engineering (Transactions of the ASME) 2004;126(1).[7]Maeda O,CaoY,Altintas Y.Expert Spindle Design System[J].International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2004:537–48.[8]王玉金，赵韩，罗继伟.高速机床主轴支承系统轴承配置分析[J].制造技术与机床,2003，01：44-46.[9]张正平.浅议提高机床主轴部件精度的措施[J].机床与液压，1996,02:3-7.[10]孟杰,陈小安.高速主轴加载试验的研究[J].机械强度,2009,31(4):689-692.[11]伍良生,王永宾,周大帅.基于 LabVIEW 的主轴径向回转误差测量技术[J]. 制造技术与机床,2009,09:13-17.[12]呼烨，杨兆军.基于电力测功和压电陶瓷加载系统的高速主轴可靠性试验台设计[J].科技导报,2012,30（01）：34-38.[13]杨佐卫,殷国富.基于轴承运行刚度分析的超高速磨削主轴动态特性[J].四川大学学报(工程科学版),2009,41(6).[14]J.Jedrzejewski,W.Kwasny.Modelling of angular contact ball bearings and axial displacements for high-speed spindles.CIRP Annals-Manufacturing Technology, 59(2010):377-382.[15]AtsushiMatsubara,Taku Yamazaki,Shinya Ikenaga.Non-contact measurement of spindle stiffness by using magnetic loading device.International Journal of Machine ToolsManufacture,71(2013):20-25.[16]侯雨辰.高速主轴扭矩加载试验台的研制[D].吉林；吉林大学，2012.[17]王凯.高速主轴电液伺服加载的可靠性试验台研制[D].吉林；吉林大学，2013.[18]虞付进.主轴技术的应用及发展趋势[J].机电工程，2003,6（3）：70-73.[19]梁双翼.高速加工中心关键功能部件静动态特性分析[D].武汉；华中科技大学，2006.[20]张济生.主轴部件最佳支承跨距的精确计算[J].制造技术与机床，1995.[21]张自嘉.光纤光栅理论基础与传感技术[M].北京：科学出版社，2009.8[22]林旭尧，谭智，王喆.主轴单元关键技术研究与应用[J].机械工程师，2014，1:176-177.[23]成大先.机械设计手册：单行本液压控制.北京：化学工业出版社，2004.[24]唐增宝，常建娥.机械设计课程设计（第3版）[M].武汉：华中科技大学出版社，2006,4[25]张佑林，王琳.现代机械工程图学教程[M].北京：科学出版社，2007,8[26]付风岚，胡业发，张新宝.公差与检测技术[M].北京：科学出版社，2006,8[27]邓星钟等.机电传动控制（第四版）[M].武汉：华中科技大学出版社，2006,10
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