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機床主軸軸承溫度的檢測與保護

日期：2015-03-18 13:50:48 作者： 來(lái)源： 瀏覽次數：0
     

     

    　1.導言
    　　主軸是機床的要害零部件，而主軸軸承則是主軸正常運轉的重要部件，當機床長(cháng)時(shí)刻處于工作狀況時(shí)，很簡(jiǎn)單造成軸承的損壞乃至燒瓦、停機的惡性事故.軸承的使用壽命遵循典型的浴盆曲線(xiàn)規則，實(shí)習工作中，常選用人工守時(shí)巡檢和守時(shí)維修的辦法來(lái)確保運轉的可靠性，對于一些直接影響到機床安全運轉的重要軸承，通常報價(jià)很高，選用傳統的人工巡檢無(wú)法滿(mǎn)意機床長(cháng)時(shí)刻安全運轉的需求，因而只有對主軸軸承溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監測才干確保主軸的正常運轉，然后可進(jìn)一步進(jìn)步機床運轉的可靠性，機床主軸軸承溫度的在線(xiàn)監測體系就是通過(guò)在線(xiàn)收集軸承運轉的溫度數據，通過(guò)處理器進(jìn)行對比和剖析，及時(shí)把握軸承運轉工況。
    　　2.機床主軸軸承溫度升高緣由及約束 
    　　機床主軸在運轉過(guò)程中，因為主軸轉速較高、主軸潤滑缺乏、潤滑油太粘稠、以及主軸加工、裝置如主軸曲折或裝置與尾架不同心等要素，都會(huì )致使主軸軸承溫度升高，致使機械空隙變小而呈現噪音和機械損害，軸承溫度通常約束在溫度升高不超越45℃，監測中若發(fā)現軸承的溫度超越70-80℃，應立即停機查看。 
    　　3.總體規劃思路 
    　　該體系規劃首要是由MCS-51單片機構成的機床主軸溫度丈量體系。其選用的核心技術(shù)是使用V/F變換收集溫度信號來(lái)實(shí)現機床主軸溫度丈量精度操控，并使用相對差值核算技術(shù)，通過(guò)軟件調整守時(shí)計數時(shí)刻來(lái)準確操控丈量精度，然后使得體系測溫精度與電路元件參數無(wú)關(guān)。 
    　　測溫體系首要由溫度變送器、測溫電路和軟件3有些構成。其間測溫電路首要由MCS-51系列中80C51單片機電路和LM331V/F變換電路構成。測溫體系原理框圖如圖1所示，溫度變送器輸出的0～5V電壓信號對應于0～+100℃的機床主軸實(shí)習溫度。這個(gè)信號經(jīng)具有屏蔽辦法的傳輸線(xiàn)送至測溫電路，通過(guò)低通濾波器濾除高頻攪擾。而后經(jīng)LM331V/F變換電路變換為頻率信號輸入至80C51單片機。體系對頻率脈沖進(jìn)行守時(shí)計數，再依據0℃時(shí)對應的基準數進(jìn)行相對差值核算，得到0～10000的相對數，這個(gè)相對數即代表0～+100℃的機床主軸溫度信號，由此核算出溫度值。一起還要進(jìn)行溫度批改，批改值是在測溫標守時(shí)由用戶(hù)輸入的。丈量值存于80C51 RAM中，可供溫度計量核算調用，一起經(jīng)MC14489驅動(dòng)顯現電路送至LED顯現其時(shí)的機床主軸溫度。 
    　　4.硬件規劃 
    　　本規劃的硬件有些首要包括六大有些，它們是溫度收集電路、低通濾波電路、V/F變換電路、單片機接口電路、晶體管顯現驅動(dòng)電路、溫度顯現電路。 
    　　限于篇幅詳細各有些電路在此不進(jìn)行臚陳。 
    　　5.軟件規劃 
    　　本規劃項意圖硬件思路是通過(guò)溫度傳感器來(lái)丈量機床主軸溫度，由溫度變送器輸出電壓信號，將電壓信號送人測溫電路的取樣有些，將電壓信號經(jīng)低通濾波電路濾除高頻攪擾。再經(jīng)V/F變換電路將其變換為頻率信號送入80C51單片機接口。經(jīng)單片機核算處理后輸出的數值存儲在單片機的RAM中供溫度計量核算調用，一起輸出信號再經(jīng)MC14489驅動(dòng)數碼管顯現。 
    　　軟件思路是使用模塊規劃辦法，選用C語(yǔ)言編程。全部軟件有些需求完結三大塊的規劃，它們是：溫度核算模塊，精度操控模塊和數碼管驅動(dòng)模塊。 
    　　本次規劃的難點(diǎn)是被測溫度的精度操控，通常的測溫體系中是將V/F變換電路輸出的頻率脈沖數規模對應于被測溫度規模，但在溫度丈量中要進(jìn)步丈量體系的最低分辨率就必須增大頻率脈沖規模。國內大有些此類(lèi)體系是通過(guò)元件的選取和硬件的合理來(lái)增大頻率脈沖的規模，此辦法雜亂且作用不是很好。本規劃采納的辦法使用軟件辦法來(lái)增大頻率脈沖規模。通過(guò)體系對頻率脈沖進(jìn)行計數，再依據給定的基準數進(jìn)行相對差核算，得到丈量溫度。 
    　　6.精度操控 
    　　在本方案中用于進(jìn)步溫度丈量精度的首要辦法是通過(guò)對溫度傳感器收集的模仿信號進(jìn)行了V/F變換，然后用單片機對變換后的頻率計數.以此來(lái)到達進(jìn)步丈量精度。 
    　　本規劃中選用由美國NS公司生產(chǎn)的LM331性?xún)r(jià)對比高的集成芯片，可用作精細頻率電壓變換器、A/D變換器、線(xiàn)性頻率調制解調器，其內部結構圖如圖4所示。
    　　f0=（Vi×RS）/（2.09×Rt×RL×Ct） 
    　�。�1-1） 
    　　如以頻率信號直接核算溫度值，且確保測溫的最小分辨率為0.02℃，由式（1-1）可知，當V在0～5V之間改變時(shí)，需求F的改變量為5000Hz，即在0～+100℃間相差5000個(gè)頻率脈沖，每個(gè)頻率脈沖對應0.02℃。實(shí)現這一方針是適當艱難的，需求準確調整、調配各電路元件的參數值，也就是說(shuō)測溫精度及分辨率將徹底依賴(lài)于電路元件參數絕對值的準確度，采納守時(shí)計數的辦法能夠處理這個(gè)疑問(wèn)。在守時(shí)時(shí)刻τ內對頻率脈沖計數，得到數字信號N，以N值作為最終的溫度信號，也能夠說(shuō)對溫度信號又進(jìn)行了一次F/N變換，N與F之間的聯(lián)系由下式核算： 
    　　N=2πf （1-2） 
    　　式中，乘2的緣由是1個(gè)頻率脈沖計2個(gè)數，要確保0.02℃的分辨率，則應滿(mǎn)意下式： 
    　　N100-N0=10000 （1-3） 
    　　式中，N100對應軸溫在+100℃時(shí)的計數值，N0對應軸溫在0℃時(shí)的計數值.依據式（1-2）的聯(lián)系將（1-3）式變換為： 　　2πF100-2πF0=10000 
    　　π（F100-F0）=5000 （1-4） 
    　　式中，F100對應軸溫在+100℃時(shí)的頻率數，F0對應軸溫在0℃時(shí)的頻率數。在電路元件參數值斷定之后，F100及F0即為斷定值，兩者的頻率差值也為斷定數，此刻不用嚴格需求電路元件參數的準確值，即不用嚴格需求頻率信號差值為5000Hz，只要在某一合適的規模即可。通過(guò)軟件調整計數守時(shí)時(shí)刻τ，就能滿(mǎn)意式（1-3）的條件，確保在0～+100℃的溫度改變規模內，信號相差5000個(gè)頻率脈沖，則最小測溫分辨率為0.02℃，足以滿(mǎn)意測溫精度的需求。選用此辦法將調整電路元件參數（即振蕩電路中電阻、電容）的準確值來(lái)確保頻率差值轉變?yōu)檐浖{整計數守時(shí)時(shí)刻τ，調整電路元件參數的準確值是適當艱難的，而由軟件調整計數守時(shí)時(shí)刻τ是對比簡(jiǎn)單的。由此可知，振蕩電路中電阻、電容斷定后，頻率差的準確度與電阻、電容的準確值無(wú)關(guān)。 
    　　7.傳感器的選型、裝置 
    　　因為本規劃不只要進(jìn)行軸承溫度丈量還要實(shí)現精度操控。精度操控的辦法是首要對傳感器輸出的電壓信號實(shí)施V/F變換，然后用單片機對頻率進(jìn)行計數以此來(lái)到達必定的丈量精度。所以模仿溫度傳感器是首選溫度傳感器，其次溫度傳感器所處的環(huán)境具有強電磁攪擾的特色。歸納思考本規劃選用PT100鉑熱電阻溫度傳感器，導電導熱性好，靈敏度高，延展性強；耐熔、耐沖突、耐腐蝕。 
    　　熱電阻是使用物質(zhì)在溫度改變時(shí)自身電阻也隨著(zhù)發(fā)生改變的特性來(lái)丈量溫度的。熱電阻的受熱有些是用細金屬絲均勻地雙繞在絕緣材料制成的骨架上，當被測介質(zhì)中有溫度梯度存在時(shí)，所測得的溫度是感溫元件地點(diǎn)規模內介質(zhì)層中的平均溫度。PT100鉑熱電阻溫度傳感器是熱電阻溫度傳感器的一種，適用于測-200～+650℃之間的溫度。鉑的物理和化學(xué)功能十分穩定，具有高的熔化溫度和電阻率，溫度規模寬。傳感器的精度和穩定性依賴(lài)于感溫元件的特性及精度等級。傳感器配有5m，10m的屏蔽電纜，廣泛使用于氣候，勘探，農業(yè)，制造業(yè)等范疇。 
    　　選用WZP-P系列貼片式Pt100溫度傳感器，丈量規模為-50～200℃，在主軸前、中、后軸承處，通過(guò)螺栓或其它固定方法將3個(gè)溫度傳感器裝置在軸承或軸承座表面上，留意裝置時(shí)螺栓緊固程度不宜太大，防止溫度傳感器受力太大致使損壞。 
    　　8.軸承溫度的檢查與維護的實(shí)習使用 
    　　8.1 使用規模 
    　　機床主軸軸承溫度的檢查與維護電路首要改造了10臺車(chē)床、5臺刨床，使用作用較好，但因為公司一年多后機構改革、調整，取消了機械加工工段，因而未能得以更大規模的使用。 
    　　8.2 使用作用 
    　　通過(guò)一年多的使用實(shí)習的證實(shí)，機床主軸軸承溫度的檢查與維護電路在各式機床上的使用十分成功，據這一年的統計數據顯現每年每臺機床為公司節省電機修理費1.6萬(wàn)元擺布，每臺機床節省替換主軸軸承等直接費用1.2元以上。 
    　　9.定論 
    　　基于本規劃的機床主軸軸承溫度丈量的精度能夠操控在0.01度，這樣就有效地進(jìn)步了機床主軸軸承溫度的準確核算，然后及時(shí)把握軸承運轉工況，能夠在軸承沒(méi)有損壞之前宣布溫度超限報警及跳車(chē)信號，然后防止發(fā)生設備事故，到達大大下降值班人員的巡檢強度，進(jìn)步了設備運轉可靠性的意圖。 

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