电主轴监控系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

电主轴监控系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

和先进的监测理论的应用 , 由在线监视主轴工况离线 分析诊断主轴状态 , 发展成为在线监视与诊断主轴运行状态 , 监测软件系统趋向智能化 , 使电主轴的监视与专家系统更能按照人们的愿望实现对其进行健康的管理。 第 9 页 共 30 页 设计目的 了解电主轴在数控机床发展中的重要作用，了解其基本结构和工作原理。 掌握传感器具体安装方法，学会用 labview 虚拟仪器和采集卡进行多路数据采集 总体设计方案 主轴监控系统的主体为传感器、信号调 理系统、数据采集卡及 PC终端构成的硬件系统。 由图 可知 系统采用传感器为数据采集元件，经过信号调理系统的处理，再通过 采集卡 A/D 转换卡将模拟 信号转换成为数字信号，送入计算机实现数据的存储、分析和处理 被测对象A c c e s s数 据 库传 感 器 1传 感 器 2信 号 调理 模 块数 据采 集 卡N I 6 2 2 1计算机远 程 查 询 P C 机S Q L 图 硬件组成原理 第 10 页 共 30 页 第二章 系统硬件部分设计 电主轴部分设计 电主轴选择 数控机床已经在我国广泛应 用 且越来越多的发挥着重要作用 ， 这次设计选择了 德国GMN 公司用于加工中心和铣床的电主轴 主轴型号 套筒直径 /mm 最高转速/(r/min) 输出功率 /KW 基速 /（ r/min） 基速转矩 /N m 润滑 刀具接口 HCS230g120xx/22 230 120xx 22 2400 87 G HSKA63 注： HCS 矢量控制； OL 油气润滑； G:永久油脂润滑； SK ISO 第 11 页 共 30 页 表 电主轴其型号和参数 图 数控机床电主轴内部的简单结构图 图 电主轴内部结构外观图 数据采集卡 部分设计 虚拟仪器的硬件平台由计算机和 I/O 接口设备两部分组成。 I/O 接口设备主要执行第 12 页 共 30 页 信号的输入采集、放大与模 /数或数 /模转换的任务。 I/O 接口设备的驱动是虚拟仪器实现对真实物理信号采集的基础。 因此， I/O 接口设备的驱动是虚拟仪器系统的重要环节。 I/O 接口设备 PCI6221 数据采集卡 NI PCI6221(37 针 )数据采集卡 DAQ 卡 ， 另有 5 倍采样速率的高速 M 系列和 4 倍分辨率的高精度 M 系列可供选择 ， 包括 NIDAQmx、 VI Logger Lite 数据记录软件和其他测量服务。 其基本规格如下：  16 路模拟输入、 16 位分辨率  250kS/s 采样速率  2 路 16 位模拟输出，更新速率 833kS/s  24 路数字 I/O(8 路高速可达 1M)  2 个 32 位 80MHz 计数器 /定时器  AI、 AO 通道可承受的最大电压正负 10 伏 NI PCI6221 是一 款低价位多功能 M 系列数据采集 (DAQ)板卡，经优化适用于需要控制成本的应用。 PCI6221(37 针 )采用了常见于其他 M 系列设备的技术， NI PCI6221(37针 )为您在设计、测试和控制应用中进行数据采集提供了高性价比的解决方案。 第 13 页 共 30 页 信号调理模块 概述 信号调理是数据采集系统中最重要也是最易被忽视的一部分。 许多传感器都要求使用专门信号调理技术，而没有哪种设备能为所有的传感器提供各种类型的信号调理功能。 比如说，热电偶产生的是低电压信号，它还需要进一步的放大、过滤、以及线性化等处理。 为解决工程中传感器 的接 口问题 ， 美国模拟器件 ( ANAL0G DEVI CE S) 公司专门设计生产了传感器接 口模块 2 B3 1。 它是一个 电阻信号、 适配模块。 它功能完整， 精度高， 噪声低 ， 只要配接少量外围元件 ， 就可适应多种传感器。 图 2B31 结构原理图 第 14 页 共 30 页 该模块 由四个部 分组 成： 高性能 的仪器放大器、 缓冲器、 贝塞尔三极点低通滤渡器 、 一个可调激励源。 它可将用户设计接 口时所需的各种功能电路有机地结台起来． 系统完成 了对传感 器信号的处理 ， 减少了接口电路的体积 ， 降低了功耗 ， 消除了器件间 的干扰信号。 信号调理模块的功能 从传感器得到的信号大多要经过调理才能进入数据采集设备，信号调理功能包括放大、隔离、滤波、激励、线性化等。 由于不同传感器有不同的特性，所以除了这些通用功能外，还要根据具体传感器的特性和要求来设计特殊的信号调理功能。 信号调理的通用功能如下： 1) 放大 微弱信号都要进行放大以提高分辨率和降低噪声，使调理后信号的电压范围和 A/D 的电压范围相匹配。 信号调理模块应尽可能靠近信号源或传感器，使得信号在受 到传输信号的环境噪声影响之前已被放大，使信噪比得到改善。 2) 隔离 隔离是指使用变压器、光或电容耦合等方法在被测系统和测试系统之间传递信号，避免直接的电连接。 使用隔离的原因：是从安全的角度考虑；二是隔离可使从数据采集卡读出来的数据不受地电位和输入模式的影响。 如果数据采集卡的地与信号地之间有电位差，而又不进行隔离，那么就有可能形成接地回路，引起误差。 3) 滤波 滤波的目的是从所测量的信号中除去不需要的成分。 大多数信号调理模第 15 页 共 30 页 块有低通滤波器，用来滤除噪声。 通常还需要抗混叠滤波器，滤除信号中感兴趣的最高频率 以上的所有频率的信号。 另外，某些高性能的数据采集卡自身带有抗混叠滤波器。 4) 激励 信号调理也能够为某些传感器提供所需的激励信号，比如应变传感器、热敏电阻等就需要外界电源或电流激励信号。 很多信号调理模块都提供电流源和电压源以便给传感器提供激励。 5) 线性化 许多传感器对被测量的响应是非线性的，因而需要对其输出信号进行线性化，以补偿传感器带来的误差。 目前，数据采集系统也可以利用软件来解决这一问题。 6) 数字信号调理 即使传感器直接输出数字信号，有时也有必要进行调理，其作用是将传感器输出的数字信号进 行必要的整形或电平调整。 大多数数字信号调理模块还提供其他一些电路模块，使得用户可以通过数据采集卡的数字 I/O 比直接控制电磁阀、电灯、电动机等外部设备。 传感器部分设计 温度传感器 选用 STTS 系列铂电阻温度传感器 ，它 适用于金属设备表面和内部温度的测量，通过加长螺纹，也可测量轴承和轴瓦的温度，安装简单方便。 第 16 页 共 30 页 技术指标： 安装方式：螺纹安装 传感器类型： PT100 不锈钢材质： sus321 螺纹规格： M10 螺纹长度： 10mm 引线结构：三线制 /特氟龙类型 /有线缆护套 /有屏蔽层 引线长度： 1000mm 精度： A 级 温度范围： 50～ 200℃ 振动和位移传感器部分设计 振动形式是显示在示波器上的原始振动波形，是分析振动数据非常重要的方法。 安第 17 页 共 30 页 装在机器上每一测点的两个互成 90 度的电涡流传感器，可以很好的描述振动形式。 轴向位移测量的主要目的是为了确定转子和定子间的轴向间隙，避免轴向摩擦这种恶性故障，另外在利用径向振动数据分析振动原因时作为参考。 该系统振动和轴位移传感器均采用 JX70 系列 涡流传感器， JX70 系列一体化电涡流位移传感器是在 JX20 系列电涡流位移传感器基础上，通过表面贴装微形封装技术，将前置器电路和探头集成一体， 是一种高性能、低成本的新型电涡流位移传感器，属本公司的专利产品。 此设计我们选用 JX7004G— M12x18030K 技术指标 非接触测量，永不磨损。 抗干扰能力强，高可靠性，长寿命。 工作温度： 25～ +85℃ ，温漂 %/℃。 防护等级： IP68。 输出形式：三线制电压或电流输出。 10~+10 输出 频响： 0～ 10kHz 幅频特性 0～ 1kHz 衰减小于 1％， 10kHz 衰减小于 5％； 相频特性 0～ 1kHz 相位差小于 10176。 ， 10kHz 相位差小于 100176。 电压输 出形式传感器供电电源： 第 18 页 共 30 页 177。 12Vdc～ 177。 15Vdc 供电，输出 0～ +5V 或 0～ +10V 或 5～ +5V 或 10～ +10V 功耗≤177。 12mA(不含输出电流 )。 纹波（测量间隙恒定时最大输出噪声峰峰值）：电。