外文翻译-机床床主轴轴承的监控

机床床主轴轴承的监控 摘要：在当今工业中，机械工具以及机床都被人们增加了他们的灵活性和自动化性能。为了提高产品的质量以及减少资源的浪费，我们要求机床在工作中不能有任何大的故障发生，如果机床在工作中发生了机械故障，我们必须尽可能早的发现故障发生在机床的那个部位，因此机床的监控系统是尤为重要的，他就可以很快的发现机床故障的地方，监控系统通常被用在机床的辅助系统中，这种系统能快速、准确的检测机床主要部分的运动参数以及一些必要的、有用的物理量。在目前的研究中，一个重要的子系统已经被认为是机床故障分析的重要依据，机床的监控 就好像振动检测、声音传播、脉冲检测方法一样，检测系统还可以检测被加工零件的表面粗糙度、表面温度、零件尺寸等几何和物理参数。关键词： 声波 轴承 数控车床 车床主轴组件 脉冲发生器 表面粗造度 振动波 机床是现代制造工业中的主体，比以前有了很快的发展。尽管有这样快速的发展，但机床在维护上却是很落后与发展速度。这样的状况真的使人感到忧虑，自从这样的问题被人们提出以来，有人会这样说，目前维护技术不可能满足我们的要求。在现代自动化工业中，机床已经更加通用化自动化。由于计算机数字控制的应用，加快了机床的自动化发展，由于过失或错误，我们不得不停下来考虑一下广大用户的要求，这样的代价是非常大的，因此，对机床的监控是非常有必要的。这样我们可以预见机床的一些错误和错误的工作。由于技术发展水平人们可以测出来像齿轮的承载能力等等，但从经济的角度来看，我们不可能监控所有的机床参数。车床在很多方面是一个通用的机床，在操作车床的时候，各种各样的错误都有可能发生，这些错误有可能直接影响加工质量。当部件发生变化时，快速的孤立当前状况是至关重要的，并且采取有效的措施制止情况的蔓延，到达百分之八十的停机时间都是发生在部件变化的时应用监控系统技术我们可以提前发现机械部件的情况。车床是有几个子系统组成的，其中主要包括：床头箱、进给系统、电气系统、冷却系统、尾架、托板等。每一个子系统都有诸多元素，这些对于昂贵的维护和监控系统都是非常实用的。这些系统的作用是在很明确情况的情况下才有作用，这些空间频率和停机将随即发生。这些数据、变化信息已经被描述成一个很差的研究区域。在过去的研究里，变化的代码、变化的原因、变化位置被识别出是一个匮乏系统。如果这种匮乏系统根据有意义的变化被识别出来，他们仍然对那些变化参数做出敏感反应。对于几个监控数个参数的数控车床来说，这已经被约翰逊的人提出来了。在早期的研究中，有些人就说监控机床元素的条件。这种研究注重于监控技术的应用，不管是在好或这恶劣的环境下对机床主轴的承受能力在监控振动、声频发射、震动脉冲、表面粗糙度进行监控。在现代制造行业，以振动为基础作为机床监控设备，他可以很快建立自身的监控系统。比如说：振动签字机床就是能够提供零部件的结构信息，如齿轮啮合频率、结构应力、轴承的承载能力、以及电气缺陷。对于不同的零件以及缺陷产生的不同频率，可以通过对信号的时域以及频域的频谱进行分析，就有可能确定产生缺陷的具体位置在那个零部件上。这些振动信号将会指明问题的严重性，而频率则指明这些缺陷的根源。对于滚动轴承的缺陷。我们是将那些振动信号进行比较后在去执行检测。对于裂纹和磨损的信号能从切点直接被检测到计算机上。尽管其他系统很发达，但现代监控技术对轴承检测的数据可以直接转换到其他很成熟的技术已经应用到表面粗糙读的检测，表面粗糙读的价值在于在加工过程中测量。这种研究早已经开始了。零部件是机床和刀具的正常产品，因为机床或刀具的任何改变都会影响工件的质量，特别是在工件表面质量以及尺寸上有很大的影响。因此，通过对工件的表面质量分析就可以判断机床的精度好坏。在研究中，对数据的分析能力已经是判断机床系统好坏的标准，频率出错、停机出错等数据应经被存储起来以便以后的分析。在系统中，这种已经被用到振动监控和SPW中了，对于用在检测零件表面粗糙度中的在线监测技术也已经被用来诊断机床受损。机床受损已经被认为是机床加工的一个终止，错误的数据被当作机床的身体状况，在很多年以前，人们很难迅速知道机床发生故障的地方，因为操作者很难充分的记录数据，自从有了计算机，操作者就能够完全记录所有数据，从制造业五年的数据记录中可以看到产品的层次结构：1产品名、型号、模型；2 产品代码；3 报告时间以及失败数据；4 失败征兆；5失败原因；6修理过程；7 修理时间；8 停机时间；9 交货时间；10 零部件的型号、模型；11 服务工程以及修理工程；12 机床厂家；对于早期的声明，机床已经被分为床头部分、尾架、托板、进给系统、电气系统和冷却系统。在分析中，错误的频率和已被认为是衡量机床主系统化功能的标准，图2中的AB表明不同频率的错误百分比。我们从图中可以看到错误最多的是电气部分和床头箱部分，因此我们对床头箱的监控比对电气部分的监控要多一些，电气部分受损主要是买从信号、接口、快管，而床头箱有齿轮、齿轮箱、主轴、十字滑块、主轴组件等。对于床头部分我们主要对齿轮监控，因为他的受损会长时间影响机床的停机时间。 所有受损情况的被分为四类：零部件受损、电器受损、抱轴、接口松弛，如图3所示，他给出了各种受损所占的百分比，我们可以看出：占比例最大的是零部件受损。零部件主要包括电气部分、电子部分、电子集成部分以及大部分电子标准件。机床零部件受损主要有以下三个原因：内在缺陷、逐渐退化、过度使用，这些都是我们要监控的数据。齿轮和轴承是众多部件中最易受损的，基于停机时间和受损频率的研究，我们可以啃到。床头箱是机床的主系统的关键部分，对于床头箱受损部件的研究，我们发现齿轮和齿轮应力是我们最为关注的，因此我们无奈监控系统就注重研究这方面。在大量的资金与研究下，我们已经在实验室开始监控系统的研究。设备：对于精密主轴而言，我们都有特殊的匹配，在轴的天后两端都有滚动轴承的匹配使用。对于轴承；润滑剂是减少摩擦的有利试剂，对于带轮是在主轴表面应用的“轴承”，主轴通过V带带动以1.5HP的速度运行，主轴的端面处有螺纹而且还有特殊型号的吸盘，这种测量方法用来研究一下几个方面：压电晶体、加速参数、FFT分析。这种检测技术已经应用于精密机床上了，如图4所示。对于SKF3.209型号的滚动轴承应用检测。这种轴承的直径为45mm，外径为85mm，厚度为19mm，由18个滚珠和一个钢外壳组成。公差和间隙都是由制造厂商提供的。一个中碳钢的工件被用在实验中，这种工件的直径是25mm,长度为150mm.在加工时为了避免工件振动，工件必须保持80mm的高度，在切削时刀具的切入深度和刀具号都必须在表中给出。对于那些间隙中由污染混合油脂的话，这种脂是高分子或者是工程脂。在这种污染的油脂通过自由落体或旋转带动的方式进入机构。SILICA 在53umum之间混有5%、10%、15%的SKF-LGWM、NLGLI.SKF-LGWM脂中含有少量的矿物油和油脂，他们的耐温为-30110，混合脂在um中SILICA为5%、10%、15%，这样我们定义他们为A1、A2、A3，.在90um是为B1、B2、B3，这些我们都在表二中列出。在1和2两个位置的加速度点显示了轴承的振动信息，在表格一中，我们可以看出振动曲线和振动频率的信息，在表格四中我们可以看出由SHE检测信息，这种检测要尽可能短的而且要在无噪音、干燥的条件下测量。对于振动的检测，则选在侧轴承上，并且保证轴承优良好的润滑条件下测量，对于已经加工好的零件表面粗糙度检测，我们采用零件下线测量，应用TLAYSUR-6就是出于这样的目的。为了减小刀具的磨损和断裂，记忆工件表面的粗糙度，我们应保证刀具的锋利。对于每一个新的刀具，我们决不允许过度使用，以至超过刀具的磨损标准。对于结合了三个独立切削的特征操作来说，就是：切削速度、进给量、切削深度。当不同的切削速度时，进给量也随之变化，切削深度也从0.2mm到0.8mm不等。我们要的是当改变一个参数时，其他的参数要保持不变。在第一层中，当机床操作者在错误操作时，这时振动曲线以及频谱特性将会在机床床头箱和轴承之间被记录下来，振动曲线对正常的机床来说只有1和2两条曲线，频谱中，他只有9和10两个位置，AE在机床正常时的情况如12图。表面粗糙度的测量如13图和14图。采样信号是在对轴承检测后得到的。FAAS分析的结果如图15所示。下面我们介绍一些滚动轴承的情况，在我们的研究中，每一步我们都要用一个新的轴承，在第一步时，待测轴承内充满了污染混合脂。有以下公式可知G=0.005DB, 其中G为脂肪的质量，单位是克，D为轴承的外径，单位是mm，B是轴承的宽度，单位是mm，用A1对这种轴承润滑，机床空运行8小时，没30分钟运行一次，每次间隔15分钟，由于轴承的发热，轴承就会发出振动脉冲，每次执行完一次我们就可以获得一些参数（在机床正常的情况下），在5-8图中就列出了轴承在受损情况下的振动图。A1和B1分别表示在1和2两个位置时，轴承受损的情况下测得的频谱图。在轴承受损的情况下，主轴保持125m/min时，对于各种进给量和切削深度，在图11和12中我们用AE表示出来。在轴承受损情况下，AE光滑信号表示在图12中。表面粗糙度的测量是在轴承受损程度为A1情况下的数值曲线在图13和14中，这些研究还提供了轴承中多种混合脂的情况工作表。FAAS分析在图15中也有表示。在图5和6中，针对机床缺陷的1和2两个位置表明振动曲线是连续的。这一点表明在进给量不变时，增加切削深度，振动曲线是不变的，但增加进给量时，振动曲线就随之变化。在位置2处得点要比位置1处得点高的多。由于在2点时，床头箱中支撑轴承的轴瓦到了1点处。所以2点比1点要高。研究表明轴承在振动位置1时，对于处在A1,A2,A3各种状态时都可以参考。图6还表明在机床正常时振动曲线要比原来的要高一些。增加切削深度和机床受损的情况下，振动 曲线要高得多，对于增加进给量和机床正常状况下，振动曲线要大的多，在位置2处的振动曲线与1处的振动曲线相比较低了许多，这表明滚动轴承在1位置是被污染脂润滑了，对与7和8两个图，在机床轴承处于B1、B2、B3润滑时，1和2两个位置表明振动曲线的状况，对于大的振动时，表面波形就有很大变形。如图9和10在1和2两个位置处时，机床主轴转速为125m/min,进给量0.528mm/rev，切削深度0.8mm时的频谱图形，1位置处可以看到频谱为28.75hz, 57.5hz, 451.25hz.在2位置处，频率为28.75hz, 56.25hz 每个工件都有一个共同位置频率那就是28.75hz。这表明某种不平衡处由一个共同平衡的点。在16和17图当轴承在A1条件时主轴的转速为125m/min，进给量为0.578mm/rev，切削深度为0.8mm时的频谱图形轴承的这些缺陷如下：滚珠：Fb=D/d1-(d*cos/D) N/60 轴承内道：Fi=(1+d*cos/D)Nn/120 轴承外道：Fo=(1-d*cos/D)Nn/120轴承外圈：Fc=(1-d*cos/D)N/120在目前状况下，Fb、Fi、Fd、Fc都赋值为5.36hz, 268.23hz, 211.76hz, 11.76hz,在轴承缺陷频率中，内道频率为256hz, 滚珠频率为7.5hz，外圈频率为13.75hz， 在16和17图中都是一些高频发生的频率图。在18和19图中轴承在B1曲线下1和2两个位置处的频率：滚珠频率为7.5hz，外道频率为218.75z，内道频率为218hz，这些要比在A1时的频率高许多。这种结论表明在主轴中，由于1X部分是占据优势的，所以存在这样的不平衡状态，由跃变信号可知轴承受损的频率次数。因此增加某种受损状况，我们可以收到个中信号的波形。图11表明在恒定进给量时，AE状态时的受损程度也在增加，对于恒定的切削深度时，增加进给量时AE状态也有上升趋势。在12图中，当AE 状态处于水平时表明机床处于正常状态。在11和20图中对于轴承采用A1润滑时的曲线与机床正常状况下的曲线相比要高的多，随着切削深度的增加这种去曲线的增加率也比机床正常只要高的多。在图11中表明越高的曲线表示机床受损程度越大，在图11中增加进给量和增加切削量时，A1曲线比机床正常时要陡的多。对于图20，他描述了污染脂的型号与AE的关系，在大型号的地方越高，但在早期的研究中，AE脉冲用来测量轴承的润滑情况，这样一来大部分的小聚块更容易进入轴承的接触区域。在13和14图中，对于恒定进给量时，在轴承受损和机床正常的情况下，随着切削深度的增加，表面粗糙度也随之增加。在相同切削深度下，在增加进给量时，表面粗糙度也有上升的趋势。在大的进给量和大的切削深度时，表面粗糙度上升的非常快，大号的聚块使工件表面出现了凹凸不平和机床大的振动，轴承受损和机床正常的情况相比。轴承受损时工件表面粗糙度大。对于FAAS的研究，机床正常情况下，脂样本中含有285PPM的热量，在机床不正常的情况下，这种物质被发现的更过，在图15中表明增加聚块量曲线处于上升趋势，这就是线聚块能是轴承磨损的原因。在研究中，主系统和零部件是机床的主要部分，对与振动和表面粗糙度的测量是非常有