[发明专利]一种基于热态特性机理分析的机床信息采集分离方法

说明书

本发明公开了一种基于热态特性机理分析的机床信息采集分离方法，涉及机床技术领域，在机床内部安装大量传感器，安装的传感器为热量检测传感器，主要用于对轴承的摩擦热和电机自身的发热进行检测。本发明，通过设置几何模型，能够将提取的数据有效组合，形成的信息更加明确，且通过计算对流换热系数，能够更加全面的收集热态特性信息，通过全面收集热态特性信息，能够结合数据分析，并达到对主轴性能进行定量评估的效果，通过设置大量传感器，且大量传感器是附着在轴承和电机上，结合多个传感器传递的温度数据，计算出主轴的准确信息，且轴承和电机更加靠近主轴的位置，因此检测轴承和电机的温度即可，且检测的数据更加精确。

技术领域

本发明涉及机床技术领域，具体涉及一种基于热态特性机理分析的机床信息采集分离方法。

背景技术

机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。通常由主轴、轴承和传动件(齿轮或带轮)等组成主轴部件。在机器中主要用来支撑传动零件如齿轮、带轮，传递运动及扭矩，如机床主轴；有的用来装夹工件，如心轴，有的用来装夹工件，如心轴。除了刨床、拉床等主运动为直线运动的机床外，大多数机床都有主轴部件。主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的重要因素。衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和速度适应性。①旋转精度:主轴旋转时在影响加工精度的方向上出现的径向和轴向跳动(见形位公差)，主要决定于主轴和轴承的制造和装配质量。②动、静刚度:主要决定于主轴的弯曲刚度、轴承的刚度和阻尼。③速度适应性:允许的最高转速和转速范围，主要决定于轴承的结构和润滑，以及散热条件。

中国专利提供了“一种数控机床主轴热态特性综合性理论建模与分析方法”专利号为：CN201910879305.7，该方案中记载了“一种数控机床主轴热态特性综合性理论建模与分析方法，该方法采用分形理论对粗糙表面进行表征，建立二维和三维随机表面模型，分析不同材料接触热导和接触热阻的变化，然后建立主轴系统生热模型，综合考虑接触热阻和轴承自旋生热对主轴系统整体温升及热变形的影响，计算对流换热系数，利用有限元法对主轴系统进行热-结构多物理场耦合仿真分析；具体实施步骤如下：步骤(1)讨论接触热阻机理，利用分形函数对粗糙表面进行表征，建立二维和三维随机粗糙表面模型；步骤(2)考虑不同分形维数与粗糙度参数对粗糙表面接触热导的影响，讨论不同材料接触时基体热阻、收缩热阻、间隙热阻以及接触热阻的变化；步骤(3)主轴系统热态理论计算，考虑轴承自旋生热对主轴系统的温度场影响；步骤(4)建立主轴系统理论模型，添加材料属性，将模型导入有限元分析软件中，划分CFD六面体网格与添加边界条件，分别求解主轴温度场及结构场；步骤(5)对主轴系统进行多物理耦合仿真分析，对比考虑结合面接触热阻和轴承自旋与不考虑结合面接触热阻和轴承自旋理论综合作用下的仿真结果。”，现有技术中存在以下缺点：1、针对现有机床的主轴，检测手段无法达到比较精确的效果；2、虽然能够收集热态特征信息，但是无法很好的对信息进行处理，无法对主轴的性能做出有效评估；3、提取的特征信息并不全面，无法相互配合对主轴性能做出评估。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，如：1、针对现有机床的主轴，检测手段无法达到比较精确的效果；2、虽然能够收集热态特征信息，但是无法很好的对信息进行处理，无法对主轴的性能做出有效评估；3、提取的特征信息并不全面，无法相互配合对主轴性能做出评估，而提出的一种基于热态特性机理分析的机床信息采集分离方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于热态特性机理分析的机床信息采集分离方法，具体包括以下步骤：

S1、在机床内部安装大量传感器，安装的传感器为热量检测传感器，主要用于对轴承的摩擦热和电机自身的发热进行检测，间接监测到机床主轴的温度，同时计算电机电子的生热率和电机转子的生热率；

S2、构建几何模型，选取主轴的剖面建立几何模型，选用ANSYS软件热分析中的PLANE13进行热分析，经过施加载荷、求解，主轴有限元模型网格划分，可得到高速主轴有限元分析模型；