机床主轴位移监视报警装置
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摘 要：机械加工设备或机械设备的主轴，这些旋转轴类部件在长期使用过程后轴承出现异常、负载发生变化、转子窜动等原因都有可能导致主轴发生位移。位移变化会影响零件的加工精度和机械设备的整体精度，长此以往会引起重大事故的发生。该装置设计想通过检测做位移的变化来进行自动控制，一方面使工人操作过程中了解精度下降的原因，另一方面方便对设备提前进行维护，从而达到对异常进行控制和报警的目的。
中图分类号：TG502.7 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-046-02
主轴是指从电动机或发动机接受动力来源并将它传给其它零部件的轴，如机床上带动工件或刀具做旋转运动的轴。主轴在机床中主要用来支撑传动零件以传递扭矩和旋转运动，使用一段时间后，主轴热处理应力的释放、主轴受到力作用后的变形，主轴环境温度的变化等因素导致主轴产生一定量的位置变化，即主轴位移。
1 主轴位移监视报警装置的设计设想和研究目的
机床主轴及部件的自身精度、运动精度和结构刚度是影响零件加工质量和切削效率的重要因素。主轴作为机床的重要部件，主轴位移对机床的整体性能、加工精度和安全性能有着非常重要的影响。机床主轴位移监视报警装置是一种用于检测旋转机械轴向位移的高可靠性的监测保护装置。它通过电涡流传感器检测位移信号，并将位移信号转化为LED数码管上的主轴位移值。它能够很容易地实现量程范围内的报警、同时可以设置停机极限。报警装置带有自动诊断功能，防止机床的误停机。
生产过程中，由于主轴热处理应力的释放、主轴受力的作用影响、主轴温度的不稳定都会引起主轴的轴向位移。另外，工人操作的不正确。如：切削量和进给速度过大，机床振动较大，导致主轴侧向承受力过大而使主轴倾斜，这种类似的小问题出现久了，设备就会出现较大的加工精度误差，时间长了，设备的其它方面的磨损会加大，导致设备的快速老化，寿命降低，这也是研究主轴位移监视报警的主要目的。
2 主轴位移监视报警装置的工作原理
输入采用电涡流传感器，能将被测物体的位移变化量转换成电量的变化。该电量信号作为轴向位移的输入信号，经调零处理，线性放大后驱动面板显示器，当位移量越位时，自动发出报警停机信号，并且有4-20MA的模拟信号输出，当电涡流传感器发生故障时，能自动发出NOK信号，并封锁报警输出，以防止误动作。
控制面板上有一个4位LED数码显示器显示当前轴向位移值或电涡流探头间隙电压值。当接通电源时，面板上所有的灯和LED数码显示器都亮，正处于自检状态，自检结束后，进入位移测量状态。当移动模拟主轴与探测器之间的位置时，在数码显示器上会显示相应的位移量，当位移测量值超过报警或停机设定值时，报警器会立即工作，报警、停机指示灯（红色）点亮。
面板上设有四个按键，分别为功能键、+键、移位键、复位键。功能键作用：按功能键，可用来依次进入仪表的各种设置状态，参数设置好以后，自动存入新值，在查看所需要设置的参数或参数修改好以后，返回测量状态。+键作用：在设置参数时可以修改跳动的数值。移位键作用：（1）设置参数时用来移动输入数字的位置；（2）测量时显示位移值和显示间隙电压值之间切换；复位键：（1）测量时，用来清除报警状态和复位继电器；（2）在查阅参数和状态设置时，按下该键可以返回到测量状态。
3 主轴位移监视报警装置的结构
结构框图如图2所示。
主轴位移监视报警装置结构包括：（1）输入采样（电涡流传感器采样）模块；（2）信号的放大处理模块；（3）报警驱动的设置（基准值的设定）模块；（4）基准信号的设置模块；（5）内部程序编制模块；（6）输出显示（数码管显示方式）模块；（7）内部电源部分模块；（8）外加的演示部件的设置。
4 主轴位移监视报警装置的社会效益分析
采用此系统进行设计以后，只要改变模拟主轴与探测器的位置，根据设定的参数，装置能够灵敏的进行相应的检测工作，机床的主轴有偏差的能够立即检测出来，并能进行相应的准确的报警工作。本报警装置可以适用于普通金属切削类机床等旋转类机械的轴向位移的检测和报警。可以很简单方便地监测主轴在整个工作过程中的轴向位移。轴向位移又叫串轴，就是沿着轴线的方向上的直线位移。从轴向位移值可以了解到旋转部件与固定部件之间的轴向间隙。对于旋转类机械，轴承的位置精度要求非常高，大的轴向位移量将引起机器整体精度的很大程度地下降，对于金属切削机床将导致零件加工精度的直线下降，并且会引起机器本身大的机构的损坏，严重时会发生重大安全事故。轴向位移监视报警装置对止推轴承的损坏可作出早期报警和保护，同时可有效地监视主轴的轴向位移量，对机床提前作出预警，防止机床部件因轴承轴向间隙过大而损坏，很大程度上降低了机床的维护成本，提高了机床的安全性和稳定性。
5 结束语
现代的机床具备测试和校准技术越来越普遍，这样生产车间能够保证机床的精度和正常运行，并能对机床维护和维修提前作出安排，有利于管理人员对工厂的工作进行统筹安排。目前，很多工厂和大型车间都拥有了完善的机床检测体系和产品质量管理体系。本装置其实也是一种自主检测的装置。目的是保证主轴回转精度，保证机床的操作精度，降低摩擦和发热。从平时的检测着手，及时发现与处理机床轴承方面的间隙，提高机床工作效率、安全性、稳定性，从而提高机床自身精度、加工精度和使用寿命。
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