高速磨削电主轴冷却系统的试验研究

高速磨削电主轴的温升对电主轴的加工精度和使用寿命有着重要的影响。以SPM170高速磨削电主轴为研究对象,采用理论分析和试验验证的方法对高速磨削电主轴的冷却系统进行了研究。通过分析可知电主轴电机部分的产热主要是由铁芯损耗产生的,水冷系统可以有效地带走电机部分的热量,使电主轴的温升降低。对SPM170高速磨削电主轴的冷却系统进行了改进,设计了一种新型螺旋水道,在电主轴最高工作转速时,分别测量电主轴前轴承壳体温度,并对比其温升。结果表明:采用改进之后的螺旋水冷装置电主轴的温升比改进前温升降低了10℃左右,温升得到了有效的控制。     

电主轴温升分析及实验研究

为了研究电主轴在工作时温度变化规律,文章结合能量守恒和热平衡原理,建立了电主轴温度随时间变化的模型,得出时间—温升规律符合指数规律;当电主轴结构、材料及工作环境确定的情况下,电主轴达到热平衡所需时间是不变的。通过对某型号数控机床设计温度采集方案,在机床电主轴上布置温度传感器,采集了不同转速下的温度值,分析实验结果可得电主轴的温升随着转速升高而增大;时间—温升变化规律和所建立的数学模型相一致;该模型可以对机床电主轴的温度变化情况进行预测,为研究机床关键热源的热特性提供了理论依据。     

高速电主轴水冷系统固-液耦合传热仿真分析

依据计算流体力学与数值传热理论,利用Fluent软件对电主轴水冷系统中的流体流动和温度分布进行仿真,并对比分析不同冷却水初始温度、不同水道截面尺寸条件下的电主轴温升,为降低电主轴温升、优化水冷系统设计提供了一定的理论依据。     

加工中心主轴热误差建模与检测技术研究

热误差是影响高端数控机床精度的主要因素,主轴系统受热变形影响尤其显著。首先,在分析电主轴热误差因素的基础上,基于齐次变换矩阵建立电主轴热误差综合描述;进而综合采用接触式、非接触式温度场及热变形测量技术,构建主轴热误差测量方案,并结合相关系数法设置关键测温点;基于热误差描述模型及检测数据,建立电主轴热误差模型,成功开发电主轴热误差补偿系统,将加工中心运行过程中的热误差控制在3μm以内,证明了系统的有效性。     

电主轴温升在线检测系统的研究

随着高速加工的发展,对电主轴的要求也越来越高,电主轴的发热成为一个有待解决的重大难题。文章采用红外测温的方法对电主轴进行在线检测,建立温度模型,对电主轴温升及其故障进行预测和报警。最后提出了有效降低电主轴温升减少主轴热变形的方法。     

接触式与非接触式测量粗糙度方法探讨

就接触式与非接触式的材料表面粗糙度测量方法进行讨论，利用触针式表面形貌仪和白光干涉仪对6种不同粗糙度的标准样块进行了表面粗糙度测量。分析了两种测量方法的原理及其优缺点，其中接触式测量方法具有测量数据稳定、操作简单、测量范围大的特点，但有局限性。而非接触测量方法可以弥补接触式测量方法的不足，具有无损伤、精度高、速度快的特点。对比发现，对于6种标准样块而言，触针式表面形貌仪与白光干涉仪测量结果相近，白光干涉仪测量结果略高于触针式表面形貌仪，但均符合测量要求(示值误差不大于5%)。     

基于垂直两点法的电主轴回转精度分析

应用垂直两点法设计测试系统，对电主轴回转精度进行动态测量。该系统主要由标准棒、高精度非接触式电涡流传感器组成。通过建立误差分离数学模型，对垂直两点法测量电主轴回转精度进行分析，利用垂直两点法分离误差方法对实验数据进行处理，得到电主轴在不同转速下的回转精度，研究表明电主轴转速在10000 r/min以上时回转误差较小并趋于稳定，找出影响电主轴回转精度的因素并进行了归纳。对电主轴回转精度在线监测和转速控制提供了重要的理论、实验依据。     

钢管中频加热温度的红外测量

介绍了一种非接触式钢管中频加热温度的测量方法,与直接接触式测量方法进行了对比,讨论了影响非接触式钢管中频加热温度的测量方法准确性的因素。结果表明,非接触式钢管中频加热温度的测量方法具有更高的准确性,与接触式测温配合使用、互为补充,增强了测温的可靠性。     

永磁同步电主轴内部流场与温度场耦合分析

永磁同步电主轴内部温度过高是影响其正常工作的主要因素之一。本文以某种型号的永磁同步电主轴为研究对象,分析了电主轴内部的空气流动对其温升的影响。基于UG软件对该电主轴内部气隙和包括端部绕组在内的端部进行建模,并基于ICEM软件对模型进行了网格划分。在一定的假设和边界条件下,采用ANSYS/FLUENT对其内部的流场和温度场进行了耦合计算,得到了该电主轴内部的温度和流速分布。分析结果表明:永磁同步电主轴内部空气流速对电主轴内的温升有一定影响;电主轴气隙内侧凹槽的旋转,可以有效地扰动端部空气,从而增加了绕组散热。     

高速电主轴轴承温度影响因素研究

选取电主轴温升为研究对象,分别验证油气润滑系统与冷却系统的工作参数对高速电主轴工作性能的影响。采用单一因素实验法,通过电主轴实验平台对不同工况下电主轴后端轴承温升进行实验分析。结果表明：在冷却水流量为034 L/min、润滑压力为040 MPa、供油间隔为120 s时电主轴温升较小。     

Radial error measuring device based on auto-collimation for miniature ultra-high-speed spindles

This study has developed a radial error measuring device for miniature ultra-high-speed spindles because it is very difficult to measure the radial error motion of miniature ultra-high-speed spindles by the conventional measurement method using capacitive-type displacement sensors. The authors have proposed an optical measurement method based on auto-collimation, which evaluates the radial error motion according to the movements of a laser beam reflected from a target sphere attached to the spindle end. This optical measurement method is suitable for radial error measurements of miniature ultra-high-speed spindles because of its applicability to a small target sphere, high-speed response and minor susceptibility to electric noise. In this paper, the measurement principle, and basic characteristics of the optical measurement method in addition to an approximate analysis are shown. The radial error motion of a miniature ultra-high-speed spindle with a steel ball 1 mm in diameter are measured by an optical measuring device designed and manufactured to implement the proposed method. The measurement results show that the optical measuring device is able to measure the radial error motion of ultra-high-speed spindles with a maximum rotational speed of 200 krpm.     

数控机床主轴热误差测温优化布点方案的研究

论文首先介绍了数控机床主轴热误差测温系统的软硬件结构,接着采用主因素策略和互不相关策略对机床的14个测温点进行了优化布点,最终选出了4个优化后的测温点。利用基于最小二乘法的多元线性回归方法对主轴的热变形进行估计后,发现模型的估计效果很好,验证了测温点优化的必要性。     

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 介绍了一种集四端子接法、电流换向及动态测量于一体的方法,通过该方法来获得测量数据并进行恰当的处理,就可以合理地抵消掉热电势对测量带来的影响,能够较好地完成对高温超导体电阻特性的精确测量。     

基于虚拟仪器的高速主轴温升检测系统开发

针对影响高速主轴性能的热态特性问题,通过红外温度传感器对高速主轴锥孔温度进行测量,采取虚拟仪器与智能仪器相结合的方法,构建温度测量系统。通过现场试验,完成对测试系统的调试,实现高速主轴温度的在线监控。     

基于模糊聚类与灰色理论的机床主轴温度测点优化方法

数控机床主轴热误差是影响机床加工精度的主要因素之一,主轴热误差温度测点优化对于准确建立机床主轴热误差模型、提高机床精度具有十分重要的意义。提出一种基于模糊聚类与灰色理论的机床测温点优化方法,通过对主轴测温点进行模糊聚类分析,根据Xie-Beni有效性指标评定,将温度点归为几类,然后通过对模糊聚类后的测温点与主轴热误差进行灰色相关性分析,实现机床主轴温度测点的进一步优化。试验结果验证了该方法的可行性与有效性。     

Monitoring of oxidation of metals in gas environments for energy production

Monitoring of oxidation in gas environments typical of energy production is essential for determination of lifetime and condition of various components operating at high temperatures. One of the most important phenomena to be monitored is the oxide growth kinetics and its changes during the exposure. Three different monitoring methods have been presented in this paper. First, a conventional method called thermogravimetry based on the weight change measurement during oxidation is reviewed. Second, a novel monitoring technique, HT-CER technique, where contact electric resistance is measured as a function of time and distance of the measuring tip is presented. The third approach described involves a method under development, based on the change of capacitance over two growing oxide surfaces. Simple oxidation in air at a typical temperature for superheater tubes in boilers, 600 °C, has been selected as the reference condition for all of the monitoring methods.     

机床磁悬浮主轴的变结构控制——Backstepping方法

本文基于机床磁悬浮主轴的非线性模型,采用反演设计的方法,提出了一种非线性的控制策略,电磁机械系统的反演变结构控制。在对主轴转子位置、速度及电流进行测量的基础上,控制器解决了主动磁主轴控制中存在的非匹配不确定性问题,实现了鲁棒镇定,仿真实例证明了控制器的有效性     

电子束变焦——临界温度极值焦点测量法

针对电子束焦点难以直接测量的问题,提出一种利用电子束流与金属粉末相互作用产生的熔池温度极值效应测量电子束流焦点的方法.文中分析讨论了电子束流焦点位置的影响因素,通过试验研究了电子束加热过程中粉末熔池温度与聚焦电流的函数规律,发现温度—聚焦电流关系函数的极大值即为聚焦电子束能量密度分布状态的临界转变点.基于扫描电子束粉末烧结过程的这种临界温度特性,提出了一种测量电子束加工过程动态焦点的方法,即变焦-临界温度极值检测的焦点测量法.结果表明,这种方法可以实现电子束焦点位置的快速、高效地检测与定位控制.     

基于模拟退火遗传算法优化BP网络的数控机床温度布点优化及热误差建模

在热误差建模中,温度测点的优化选择至关重要。提出了运用相关性方法,分析测点温度与主轴热漂移之间的关系,找到相关性较高的测点位置,实现温度布点的优化选择。在此基础上采用模拟退火遗传算法（ GSA）优化BP神经网络的方法建立热误差模型,并通过实验验证。结果表明：优化的热误差模型能够跳出局部最优而达到全局最优解,得到的误差模型拟合值更加接近实测误差值;基于GSA优化的BP网络模型较传统的神经网络模型有较高的精度及更强鲁棒性。