趙曉龍

　　摘　要：工業製造能力代表著一個國家（jiā）的（de）發（fā）展實（shí）力，尤其（qí）是以高精度機床為代表的高端機床設（shè）備更（gèng）是一個（gè）國家工業實力的集中體（tǐ）現.隨著我國經濟（jì）和（hé）工業（yè）實力的不斷增強對於（yú）機床設備尤其是高端機床設備的需求在不斷地增（zēng）加，積（jī）極做好各類高端機床設備的研發和製造對於保障我國經濟的健康穩定（dìng）發展有（yǒu）著極為重要的意義。機床（chuáng）設備是（shì）由眾多部分所組成（chéng）的複雜係統，在各子係統中主軸作為其中的關鍵部分其運行的穩定性直接影響著機床的加工精度、加工效率以及機床設備的使用壽命等。為確保機床的出（chū）廠質量需要積極做好機床主軸的機械測試，通過機械測試對機床主軸的運行情況進行分析與調整，確保機床能夠Z大限（xiàn）度的發揮其功用。
　　關鍵詞：機（jī）床主軸；振動；機械（xiè）測（cè）試

　　0　前言
　　機（jī）床主軸是機（jī）床（chuáng）設備（bèi）中極為（wéi）關（guān）鍵的部分，其能夠穩定工作，直接影（yǐng）響著機床的加工精度和加工的可（kě）靠性（xìng）。通過對機床主軸做好（hǎo）機（jī）械測試用以記錄分析機床主（zhǔ）軸運行過程（chéng）中所產生的振動（dòng），振動內涵豐富其蘊含（hán）著豐富的（de）故障信息。在機床主軸運行的過程中如存在（zài）問題將會直接或（huò）是間接的通過（guò）機床主軸振動所顯現出來。為確保機床主（zhǔ）軸的製造（zào）質量需要積極做好機床主軸的（de）機械測試。本文在分析機床主軸振動特點的基礎上對如（rú）何做好（hǎo）機床主（zhǔ）軸（zhóu）的機械振動測試進行分析（xī）闡述。
　　1　數控機床主軸所產生的振動
　　機床主軸在工作中需要進行高速回轉，而在這一高速回轉過程中所產生的振（zhèn）動（dòng）信（xìn）號將會表現出許多的信（xìn）息。機床主軸在高速回轉過程中如機床主軸的主軸軸（zhóu）承或是齒輪發生輕微的跳動或是故障都（dōu）會對機床主軸的回（huí）轉精度（dù）產生極（jí）大的影響，機床主軸精度出現誤差將會導致所加工出來的零（líng）部件誤（wù）差進一步加大（dà）。為確保機床主軸回轉精度（dù）需（xū）要積極做好對於機床主軸振（zhèn）動的（de）機械測試。通過對機（jī）床主軸的振動的運動特性進行分析（xī）用以判斷機床主軸運動是否正常。影響機床主軸運動特性的主要零部件有：機床主軸軸承、齒輪、滾（gǔn）珠絲杠以及導軌等。各零部件之間相互作用相互配合共同保障機（jī）床主軸安（ān）全（quán）、高效的運行。根據機床主軸運動時所產生的振動可以對機床主軸的運行情況進（jìn）行判斷。
　　以機床主軸軸承（chéng）為例（lì），機床主軸軸承所出現的故障主要為磨損（sǔn）、潤滑（huá）不良、軸承超載和鏽蝕等所引起的（de）機床主軸軸承工作麵（miàn）的疲勞剝落、壓痕、鏽蝕、膠（jiāo）合和斷裂等的機（jī）床主軸軸（zhóu）承表麵損傷。機床主軸運行時電機轉子（zǐ）不平衡、不對中、軸彎（wān）曲和鬆動（dòng）等都會產生較為明顯的機械振動圖線。機床主（zhǔ）軸如存在問題（tí）同機械（xiè）檢測所檢測出（chū）的機床主軸運（yùn）動振動曲線將會有較為（wéi）明顯的顯示（shì）。
　　此外，由於機床主軸振動所顯示振動頻率主要集中在幾個頻段內，而不同（tóng）的故障區域（yù）將會顯示出不同的振動頻譜線。機床主軸由於需要高速回轉，由於機床主軸故（gù）障所導致的振動屬於高頻振動，一（yī）般振動頻率範圍要大於1kHz，而機（jī）床主軸轉子類故障所引起的振動譜（pǔ）線則屬於（yú）低頻振動，其振動頻率集中在工頻5倍以內。機床主軸由齒輪所引起的故障振動其屬於中頻振動，其頻率範圍主要集中在1kHz左（zuǒ）右。
　　2　機床主（zhǔ）軸振動測試
　　做好（hǎo）機（jī）床主軸振動的測試首先需要做好振動傳感器的選（xuǎn）取用以保障機床主軸測試的精度（dù）。現今（jīn）能應用於振動測試的傳感（gǎn）器種類繁多，如壓電式傳感器、電渦流式傳感器、電容式傳感器等。各種傳感器有其應用的範圍和精（jīng）度，機床主軸振動測試選用傳感器的原則是需要選用測試精度高、受幹（gàn）擾影響小。壓電式振（zhèn）動測試傳感器與其他類型的傳感器相比具有體積小、重量輕、響應速度快和（hé）頻帶寬（kuān）等（děng）的特點。壓電式振動測試傳感器在對機床主（zhǔ）軸振動進行測試時能夠（gòu）對從低頻到高頻的振動頻帶進行寬頻測試。
　　此外，在應用壓電式振動測試傳（chuán）感器進行振動檢（jiǎn）測時（shí）能（néng）夠檢測到極（jí）為細微的機床（chuáng）主軸回轉振動量，能夠在各種複雜工況下進行振動測試。壓電（diàn）式振動測試傳感器屬於接觸式振動傳感器，壓電式振動測試傳感（gǎn）器主要依靠壓電元件（jiàn）來進行振動（dòng）檢測，由於壓電元件是高阻抗、小功率的元件，在外界產生的高振動噪聲的環境下（如聲場、電源和接地回路噪（zào）聲等）極易受到影響。電渦流式傳感器與壓電式傳感器不同，其屬於非接（jiē）觸式振動傳（chuán）感器，電渦流式傳（chuán）感器是一種將機械位移或是（shì）振動幅度轉換為電信號的非電量電測裝置，由於（yú）采用非接觸（chù）形式（shì）其能夠有效的增強其（qí）抗幹擾性。通過比較（jiào）為獲得高精度的機（jī）床主軸運動振動測試數據選用電（diàn）渦流式（shì）傳感器來對機床主軸的振動信號進行（háng）采集。為（wéi）確保機床主軸振（zhèn）動測（cè）試的（de）精度需要選擇合適的位置進行安裝（zhuāng）。電渦（wō）流式傳（chuán）感器安裝時要遵循以下兩個原則：
　　（1）電渦流式傳感器的安裝位置應當盡量避開（kāi）各階（jiē）模態的節點和節線位置，從而使得測試點能（néng）夠激起盡可（kě）能多的（de）模態。
　　（2）各安裝點需要具（jù）有清晰的檢測信號，且各檢測信號需要具有良好的信噪比。尤其是對於（yú）機床主軸這類進行回轉（zhuǎn）運動的（de）設備，機床主（zhǔ）軸在運動時其（qí）振動主要集中在徑向方向，因此在機床主軸振動測試傳感器的（de）安裝主要集中在X/Y兩個方向。兩傳（chuán）感器的安裝呈直角。為避免機床主軸（zhóu）振動檢測時機床床身（shēn）對（duì）檢測精度造成影響，需要將傳感器與機床床身分開固定，提高測試精度。
　　在對（duì）機床主軸振（zhèn）動進行測（cè）試時，可以采用多種測（cè）試方法。根據各種參數的測量方法和測量（liàng）過程的物理（lǐ）性（xìng）質的不同主要分為（wéi）機械式、光學和電測（cè）3種不同的方法。在（zài）上述振動測試方法中電測法是應用Z多同時也是應用Z為廣泛的一種測試方法。電測（cè）法通過使用傳感器將（jiāng）機床主軸（zhóu）運動時所產生的振動轉換為電（diàn）信號，通過（guò）對所轉換成的電信號進行降噪、放大和顯示、記錄實現對於機床主軸振動的定量測試。在以電渦流傳感器為主的機床主軸振動檢測係統中，電渦流傳感器將機床主軸（zhóu）運動時（shí）所產生的振動轉（zhuǎn）換為電信號。電渦流傳感器所（suǒ）產生的電信（xìn）號需要經（jīng）放大、濾波用於後期的分析。通過對電渦流傳感（gǎn）器所產生的電信號進行分（fèn）析、記錄和顯（xiǎn）示。
　　某機床主軸的振動測試如下：通過對機床（chuáng）主軸（zhóu）在（zài）空載和切削兩種工況條件下的振動情況進行（háng）測試。測試過程中按照500r/min、1000r/min、1500r/min的轉（zhuǎn）速對主軸（zhóu）振動情況進行測試。通過對測試信號曲線進行分析來判斷機床主軸運動時的振動（dòng）情況。為確保機床主軸振動測試的精度需要對信噪比較低的檢測（cè）信號進行降噪處理。在實際的工程（chéng）檢測中（zhōng），通過（guò）對檢測信號的噪聲進行抑製提取信噪比較低振動信號中的真實振動信（xìn）號。采用小波分析理論能夠有效地降低噪聲信號（hào）對機（jī）床主軸振（zhèn）動測試信號的幹擾。通過與原（yuán）始信號進行對比，小（xiǎo）波分析探測到正常信號中夾帶的瞬態反（fǎn）常現象並展示其成分，並利用小波進行信號的（de）消噪處理可（kě）以很好地保留可用信號中的尖峰和突變部分，實（shí）現低信噪（zào）比信（xìn）號中的真（zhēn）實（shí）信號與（yǔ）噪聲（shēng）信號的分離，Z大限度的降（jiàng）低噪聲信（xìn）號對機床主軸振動測（cè）試精度所造成的幹擾（rǎo）。
　　結語
　　機床主軸振動對於機床的加工（gōng）精度有著極為重要的影響。為提高機（jī）床的加工精度需要通積極做好（hǎo）機（jī）床主軸振動測試（shì）與信（xìn）號分析，根據振動曲（qǔ）線來查找機床主軸振動的（de）故障點，從（cóng）而采（cǎi）取針對性的措施予以解決。本文在分（fèn）析機（jī）床主軸振動測試特點的基礎上對如何做好機床主軸振動測試進行了分析介紹。
　　參考文獻
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來源：《中國新技術新（xīn）產品（pǐn）》2018年10期