机床主轴轴承温度的检测与保护

　1.导言

　　主轴是机床的要害零部件，而主轴轴承则是主轴正常运转的重要部件，当机床长时刻处于工作状况时，很简单造成轴承的损坏乃至烧瓦、停机的恶性事故.轴承的使用寿命遵循典型的浴盆曲线规则，实习工作中，常选用人工守时巡检和守时维修的办法来确保运转的可靠性，对于一些直接影响到机床安全运转的重要轴承，通常报价很高，选用传统的人工巡检无法满意机床长时刻安全运转的需求，因而只有对主轴轴承温度进行实时温度监测才干确保主轴的正常运转，然后可进一步进步机床运转的可靠性，机床主轴轴承温度的在线监测体系就是通过在线收集轴承运转的温度数据，通过处理器进行对比和剖析，及时把握轴承运转工况。

　　2.机床主轴轴承温度升高缘由及约束 

　　机床主轴在运转过程中，因为主轴转速较高、主轴润滑缺乏、润滑油太粘稠、以及主轴加工、装置如主轴曲折或装置与尾架不同心等要素，都会致使主轴轴承温度升高，致使机械空隙变小而呈现噪音和机械损害，轴承温度通常约束在温度升高不超越45℃，监测中若发现轴承的温度超越70-80℃，应立即停机查看。 

　　3.总体规划思路 

　　该体系规划首要是由MCS-51单片机构成的机床主轴温度丈量体系。其选用的核心技术是使用V/F变换收集温度信号来实现机床主轴温度丈量精度操控，并使用相对差值核算技术，通过软件调整守时计数时刻来准确操控丈量精度，然后使得体系测温精度与电路元件参数无关。 

　　测温体系首要由温度变送器、测温电路和软件3有些构成。其间测温电路首要由MCS-51系列中80C51单片机电路和LM331V/F变换电路构成。测温体系原理框图如图1所示，温度变送器输出的0～5V电压信号对应于0～+100℃的机床主轴实习温度。这个信号经具有屏蔽办法的传输线送至测温电路，通过低通滤波器滤除高频搅扰。而后经LM331V/F变换电路变换为频率信号输入至80C51单片机。体系对频率脉冲进行守时计数，再依据0℃时对应的基准数进行相对差值核算，得到0～10000的相对数，这个相对数即代表0～+100℃的机床主轴温度信号，由此核算出温度值。一起还要进行温度批改，批改值是在测温标守时由用户输入的。丈量值存于80C51 RAM中，可供温度计量核算调用，一起经MC14489驱动显现电路送至LED显现其时的机床主轴温度。 

　　4.硬件规划 

　　本规划的硬件有些首要包括六大有些，它们是温度收集电路、低通滤波电路、V/F变换电路、单片机接口电路、晶体管显现驱动电路、温度显现电路。 

　　限于篇幅详细各有些电路在此不进行胪陈。 

　　5.软件规划 

　　本规划项意图硬件思路是通过温度传感器来丈量机床主轴温度，由温度变送器输出电压信号，将电压信号送人测温电路的取样有些，将电压信号经低通滤波电路滤除高频搅扰。再经V/F变换电路将其变换为频率信号送入80C51单片机接口。经单片机核算处理后输出的数值存储在单片机的RAM中供温度计量核算调用，一起输出信号再经MC14489驱动数码管显现。 

　　软件思路是使用模块规划办法，选用C语言编程。全部软件有些需求完结三大块的规划，它们是：温度核算模块，精度操控模块和数码管驱动模块。 

　　本次规划的难点是被测温度的精度操控，通常的测温体系中是将V/F变换电路输出的频率脉冲数规模对应于被测温度规模，但在温度丈量中要进步丈量体系的最低分辨率就必须增大频率脉冲规模。国内大有些此类体系是通过元件的选取和硬件的合理来增大频率脉冲的规模，此办法杂乱且作用不是很好。本规划采纳的办法使用软件办法来增大频率脉冲规模。通过体系对频率脉冲进行计数，再依据给定的基准数进行相对差核算，得到丈量温度。 

　　6.精度操控 

　　在本方案中用于进步温度丈量精度的首要办法是通过对温度传感器收集的模仿信号进行了V/F变换，然后用单片机对变换后的频率计数.以此来到达进步丈量精度。 

　　本规划中选用由美国NS公司生产的LM331性价对比高的集成芯片，可用作精细频率电压变换器、A/D变换器、线性频率调制解调器，其内部结构图如图4所示。

　　f0=（Vi×RS）/（2.09×Rt×RL×Ct） 

　　（1-1） 

　　如以频率信号直接核算温度值，且确保测温的最小分辨率为0.02℃，由式（1-1）可知，当V在0～5V之间改变时，需求F的改变量为5000Hz，即在0～+100℃间相差5000个频率脉冲，每个频率脉冲对应0.02℃。实现这一方针是适当艰难的，需求准确调整、调配各电路元件的参数值，也就是说测温精度及分辨率将彻底依赖于电路元件参数绝对值的准确度，采纳守时计数的办法能够处理这个疑问。在守时时刻τ内对频率脉冲计数，得到数字信号N，以N值作为最终的温度信号，也能够说对温度信号又进行了一次F/N变换，N与F之间的联系由下式核算： 

　　N=2πf （1-2） 

　　式中，乘2的缘由是1个频率脉冲计2个数，要确保0.02℃的分辨率，则应满意下式： 

　　N100-N0=10000 （1-3） 

　　式中，N100对应轴温在+100℃时的计数值，N0对应轴温在0℃时的计数值.依据式（1-2）的联系将（1-3）式变换为： 　　2πF100-2πF0=10000 

　　π（F100-F0）=5000 （1-4） 

　　式中，F100对应轴温在+100℃时的频率数，F0对应轴温在0℃时的频率数。在电路元件参数值断定之后，F100及F0即为断定值，两者的频率差值也为断定数，此刻不用严格需求电路元件参数的准确值，即不用严格需求频率信号差值为5000Hz，只要在某一合适的规模即可。通过软件调整计数守时时刻τ，就能满意式（1-3）的条件，确保在0～+100℃的温度改变规模内，信号相差5000个频率脉冲，则最小测温分辨率为0.02℃，足以满意测温精度的需求。选用此办法将调整电路元件参数（即振荡电路中电阻、电容）的准确值来确保频率差值转变为软件调整计数守时时刻τ，调整电路元件参数的准确值是适当艰难的，而由软件调整计数守时时刻τ是对比简单的。由此可知，振荡电路中电阻、电容断定后，频率差的准确度与电阻、电容的准确值无关。 

　　7.传感器的选型、装置 

　　因为本规划不只要进行轴承温度丈量还要实现精度操控。精度操控的办法是首要对传感器输出的电压信号实施V/F变换，然后用单片机对频率进行计数以此来到达必定的丈量精度。所以模仿温度传感器是首选温度传感器，其次温度传感器所处的环境具有强电磁搅扰的特色。归纳思考本规划选用PT100铂热电阻温度传感器，导电导热性好，灵敏度高，延展性强；耐熔、耐冲突、耐腐蚀。 

　　热电阻是使用物质在温度改变时自身电阻也随着发生改变的特性来丈量温度的。热电阻的受热有些是用细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上，当被测介质中有温度梯度存在时，所测得的温度是感温元件地点规模内介质层中的平均温度。PT100铂热电阻温度传感器是热电阻温度传感器的一种，适用于测-200～+650℃之间的温度。铂的物理和化学功能十分稳定，具有高的熔化温度和电阻率，温度规模宽。传感器的精度和稳定性依赖于感温元件的特性及精度等级。传感器配有5m，10m的屏蔽电缆，广泛使用于气候，勘探，农业，制造业等范畴。 

　　选用WZP-P系列贴片式Pt100温度传感器，丈量规模为-50～200℃，在主轴前、中、后轴承处，通过螺栓或其它固定方法将3个温度传感器装置在轴承或轴承座表面上，留意装置时螺栓紧固程度不宜太大，防止温度传感器受力太大致使损坏。 

　　8.轴承温度的检查与维护的实习使用 

　　8.1 使用规模 

　　机床主轴轴承温度的检查与维护电路首要改造了10台车床、5台刨床，使用作用较好，但因为公司一年多后机构改革、调整，取消了机械加工工段，因而未能得以更大规模的使用。 

　　8.2 使用作用 

　　通过一年多的使用实习的证实，机床主轴轴承温度的检查与维护电路在各式机床上的使用十分成功，据这一年的统计数据显现每年每台机床为公司节省电机修理费1.6万元摆布，每台机床节省替换主轴轴承等直接费用1.2元以上。 

　　9.定论 

　　基于本规划的机床主轴轴承温度丈量的精度能够操控在0.01度，这样就有效地进步了机床主轴轴承温度的准确核算，然后及时把握轴承运转工况，能够在轴承没有损坏之前宣布温度超限报警及跳车信号，然后防止发生设备事故，到达大大下降值班人员的巡检强度，进步了设备运转可靠性的意图。