工具磨床的磨削主軸箱振動測試與分析

宋世毅

（中國一拖集團有限公司，河南洛陽471004）

檢測與測試

工具磨床的磨削主軸箱振動測試與分析

宋世毅

（中國一拖集團有限公司，河南洛陽471004）

機床主軸振動是影響產(chǎn)品加工質(zhì)量以及刀具壽命的重要因素，在加工過程中，對機床主軸箱的振動情況進行檢測和分析顯得尤為必要。以公司自行研制的工具磨床為研究對象，利用加速度傳感器和NI PXIe數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，測量機床在不同行程區(qū)間以及不同進給速度下，主軸箱在x方向的振動狀態(tài)。實驗表明，自研機床主軸箱x方向在磨削加工行程區(qū)間內(nèi)振動較大，且在15 mm/min進給速度左右機床主軸箱在x方向的振動達到最大值。

工具磨床；主軸箱；振動；測試

數(shù)控機床是現(xiàn)代電子信息技術(shù)、電氣工程技術(shù)及計算機發(fā)展的產(chǎn)物，目前已經(jīng)成為機械制造業(yè)最常用、最重要的機電一體化設(shè)備[1]。主軸系統(tǒng)作為數(shù)控機床的關(guān)鍵部件，其動靜態(tài)特性直接關(guān)系到機床的加工性能[2]。據(jù)不完全統(tǒng)計在機床故障中，絕大部分故障與機床主軸振動有直接或間接的關(guān)系[3]。主軸振動不僅影響機床的加工性能，而且降低零件表面加工質(zhì)量和刀具壽命。由于機床主軸結(jié)構(gòu)以及傳感器類型的限制，無法直接測量主軸的振動情況，在此，傳感器布置在靠近砂輪的主軸箱體平面上，對運動中的主軸箱振動情況進行測量。主軸箱振動測試是在不同進給速度下測量主軸箱各個方向的振動量，包含加速度、位移、速度、頻率等。通過主軸箱振動試驗可以找到主軸箱運行過程中的可能發(fā)生較大振動的進給速度區(qū)域，以解決機床主軸箱在較大振動狀態(tài)下工作[4]。

由于機床主軸箱在X方向是影響零件加工質(zhì)量的主要敏感方向，本文在自行研制的工具磨床（如圖1所示）上對不同進給速度、不同行程區(qū)間下主軸箱在X方向的振動位移進行測量，研究進給速度對主軸箱振動的影響。

圖1 工具磨床傳動路線及主軸箱示意圖

1 主軸箱振動試驗

本次試驗使用3相加速度傳感器檢測主軸箱在X方向的振動位移量，如圖2所示。

圖2 加速度傳感器布置

針對機床正常加工過程中，X軸的行程范圍和進給速度的變化范圍來設(shè)計工作中主軸箱振動實驗方案，取X方向快速進退刀行程中的一段區(qū)間70 mm～100 mm，正常磨削加工行程區(qū)間20 mm～50 mm，使X軸在兩行程范圍內(nèi)分別以進給速度5 mm/min、10 mm/min、15 mm/min、20 mm/min往復移動，同時測量每一進給速度下的X軸振動幅值。振動試驗方案如表1所示。

表1 主軸箱振動試驗方案

2 試驗結(jié)果及分析

如圖3所示，X方向行程在70 mm～100 mm范圍內(nèi)，主軸箱在X軸方向振動隨著進給速度的增大，先減少后增大。在進給速度10 mm/min左右，主軸箱在X方向振動達到最小，振動幅值為4.7 um.如圖4所示，X方向行程在7 mm～37 mm范圍內(nèi)，主軸箱主軸X方向振動是先增大后減少，在進給速度15 mm/min左右，振動幅值達到最大，為6.4 μm.

圖3X方向行程在70 mm～100 mm范圍內(nèi)的振動圖

圖4X方向行程在7 mm～37 mm范圍內(nèi)的振動圖

由圖3和圖4可知，在不同的進給速度下，主軸箱在X方向的振幅呈現(xiàn)非線性趨勢，且振幅值相差不大，振幅均在4 μm～6 μm內(nèi)；同時反映，在磨削行程內(nèi)機床主軸箱的X方向振幅要大于快速進退刀行程。

3 結(jié)束語

本文通過對自行研制的工具磨床主軸箱振動特性進行測量分析，分別研究了主軸箱在不同行程區(qū)域下X方向的振動情況和不同進給速度下主軸X方向的振動變化規(guī)律，找到了為以后的機床設(shè)計和結(jié)構(gòu)改進，提供了依據(jù)。通過研究發(fā)現(xiàn)隨著進給速度的變化，機床主軸箱的振幅呈現(xiàn)出非線性趨勢，在磨削區(qū)X行程范圍內(nèi)，主軸箱振幅先增大后減小，在進給速度為15 mm/min左右達到6.4 μm，因而在加工過程中應盡量使進給速度避開15 mm/min.

[1]李紅光，魏協(xié)奔，謝躍鵬，等.數(shù)控機床振動監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)研究[J].輕工科技，2016（07）：48-49.

[2]吳玉厚.數(shù)控機床電主軸單元技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[3]汪順利，丁毓峰，王琳，等.基于LabVIEW的機床主軸振動測量與分析[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2014（02）：32-35.

[4]張祥雷，馮偉，陳站，等.主軸振動測試及溫升對主軸振動的影響[J].機械工程師，2014（02）：8-9.

Vibration Measurement and Analysis on Headstock of Tool Grinder

SONG Shi-yi
（YTO Group Corporation，Luoyang Henan 471004，China）

As an important factor for the product machining quality and tool life，the spindle vibration measurement and analysis plays a critical role in machining process.With the NI PXIe data acquisition system and accelerometer，the vibration signals are acquired from the headstock of tool grinder in different moving range and feed speed.The experiment results show that X-directional vibration is significantly higher than other components and reach its maximum when the feed speed was at 15mm/min or so.

tool grinder；headstock；vibration；measurement

TG659

A

1672-545X（2017）03-0187-03

2016-12-02

2016年智能制造綜合標準化與新模式應用項目（編號：豫洛工業(yè)制造[2016]07744）

宋世毅（1964-），男，河北衡水人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：機械裝備制造技術(shù)研究。