主軸是機(jī)床的要害零部件，而主軸軸承則是主軸正常運轉(zhuǎn)的重要部件，當(dāng)機(jī)床長時刻處于工作狀況時，很簡單造成軸承的損壞乃至燒瓦、停機(jī)的惡性事故.軸承的使用壽命遵循典型的浴盆曲線規(guī)則，實習(xí)工作中，常選用人工守時巡檢和守時維修的辦法來確保運轉(zhuǎn)的可靠性，對于一些直接影響到機(jī)床安全運轉(zhuǎn)的重要軸承，通常報價很高，選用傳統(tǒng)的人工巡檢無法滿意機(jī)床長時刻安全運轉(zhuǎn)的需求，因而只有對主軸軸承溫度進(jìn)行實時溫度監(jiān)測才干確保主軸的正常運轉(zhuǎn)，然后可進(jìn)一步進(jìn)步機(jī)床運轉(zhuǎn)的可靠性，機(jī)床主軸軸承溫度的在線監(jiān)測體系就是通過在線收集軸承運轉(zhuǎn)的溫度數(shù)據(jù)，通過處理器進(jìn)行對比和剖析，及時把握軸承運轉(zhuǎn)工況。  

2.機(jī)床主軸軸承溫度升高緣由及約束  

機(jī)床主軸在運轉(zhuǎn)過程中，因為主軸轉(zhuǎn)速較高、主軸潤滑缺乏、潤滑油太粘稠、以及主軸加工、裝置如主軸曲折或裝置與尾架不同心等要素，都會致使主軸軸承溫度升高，致使機(jī)械空隙變小而呈現(xiàn)噪音和機(jī)械損害，軸承溫度通常約束在溫度升高不超越45℃，監(jiān)測中若發(fā)現(xiàn)軸承的溫度超越70-80℃，應(yīng)立即停機(jī)查看。  

3.總體規(guī)劃思路  

該體系規(guī)劃首要是由MCS-51單片機(jī)構(gòu)成的機(jī)床主軸溫度丈量體系。其選用的核心技術(shù)是使用V/F變換收集溫度信號來實現(xiàn)機(jī)床主軸溫度丈量精度操控，并使用相對差值核算技術(shù)，通過軟件調(diào)整守時計數(shù)時刻來準(zhǔn)確操控丈量精度，然后使得體系測溫精度與電路元件參數(shù)無關(guān)。  

測溫體系首要由溫度變送器、測溫電路和軟件3有些構(gòu)成。其間測溫電路首要由MCS-51系列中80C51單片機(jī)電路和LM331V/F變換電路構(gòu)成。測溫體系原理框圖如圖1所示，溫度變送器輸出的0～5V電壓信號對應(yīng)于0～+100℃的機(jī)床主軸實習(xí)溫度。這個信號經(jīng)具有屏蔽辦法的傳輸線送至測溫電路，通過低通濾波器濾除高頻攪擾。而后經(jīng)LM331V/F變換電路變換為頻率信號輸入至80C51單片機(jī)。體系對頻率脈沖進(jìn)行守時計數(shù)，再依據(jù)0℃時對應(yīng)的基準(zhǔn)數(shù)進(jìn)行相對差值核算，得到0～10000的相對數(shù)，這個相對數(shù)即代表0～+100℃的機(jī)床主軸溫度信號，由此核算出溫度值。一起還要進(jìn)行溫度批改，批改值是在測溫標(biāo)守時由用戶輸入的。丈量值存于80C51RAM中，可供溫度計量核算調(diào)用，一起經(jīng)MC14489驅(qū)動顯現(xiàn)電路送至LED顯現(xiàn)其時的機(jī)床主軸溫度。  

4.硬件規(guī)劃  

本規(guī)劃的硬件有些首要包括六大有些，它們是溫度收集電路、低通濾波電路、V/F變換電路、單片機(jī)接口電路、晶體管顯現(xiàn)驅(qū)動電路、溫度顯現(xiàn)電路。  

限于篇幅詳細(xì)各有些電路在此不進(jìn)行臚陳。  

5.軟件規(guī)劃  

本規(guī)劃項意圖硬件思路是通過溫度傳感器來丈量機(jī)床主軸溫度，由溫度變送器輸出電壓信號，將電壓信號送人測溫電路的取樣有些，將電壓信號經(jīng)低通濾波電路濾除高頻攪擾。再經(jīng)V/F變換電路將其變換為頻率信號送入80C51單片機(jī)接口。經(jīng)單片機(jī)核算處理后輸出的數(shù)值存儲在單片機(jī)的RAM中供溫度計量核算調(diào)用，一起輸出信號再經(jīng)MC14489驅(qū)動數(shù)碼管顯現(xiàn)。  

軟件思路是使用模塊規(guī)劃辦法，選用C語言編程。全部軟件有些需求完結(jié)三大塊的規(guī)劃，它們是：溫度核算模塊，精度操控模塊和數(shù)碼管驅(qū)動模塊。  

本次規(guī)劃的難點是被測溫度的精度操控，通常的測溫體系中是將V/F變換電路輸出的頻率脈沖數(shù)規(guī)模對應(yīng)于被測溫度規(guī)模，但在溫度丈量中要進(jìn)步丈量體系的最低分辨率就必須增大頻率脈沖規(guī)模。國內(nèi)大有些此類體系是通過元件的選取和硬件的合理來增大頻率脈沖的規(guī)模，此辦法雜亂且作用不是很好。本規(guī)劃采納的辦法使用軟件辦法來增大頻率脈沖規(guī)模。通過體系對頻率脈沖進(jìn)行計數(shù)，再依據(jù)給定的基準(zhǔn)數(shù)進(jìn)行相對差核算，得到丈量溫度。  

6.精度操控  

在本方案中用于進(jìn)步溫度丈量精度的首要辦法是通過對溫度傳感器收集的模仿信號進(jìn)行了V/F變換，然后用單片機(jī)對變換后的頻率計數(shù).以此來到達(dá)進(jìn)步丈量精度。  

本規(guī)劃中選用由美國NS公司生產(chǎn)的LM331性價對比高的集成芯片，可用作精細(xì)頻率電壓變換器、A/D變換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。  

f0=（Vi×RS）/（2.09×Rt×RL×Ct）  

（1-1）  

如以頻率信號直接核算溫度值，且確保測溫的最小分辨率為0.02℃，由式（1-1）可知，當(dāng)V在0～5V之間改變時，需求F的改變量為5000Hz，即在0～+100℃間相差5000個頻率脈沖，每個頻率脈沖對應(yīng)0.02℃。實現(xiàn)這一方針是適當(dāng)艱難的，需求準(zhǔn)確調(diào)整、調(diào)配各電路元件的參數(shù)值，也就是說測溫精度及分辨率將徹底依賴于電路元件參數(shù)絕對值的準(zhǔn)確度，采納守時計數(shù)的辦法能夠處理這個疑問。在守時時刻τ內(nèi)對頻率脈沖計數(shù)，得到數(shù)字信號N，以N值作為最終的溫度信號，也能夠說對溫度信號又進(jìn)行了一次F/N變換，N與F之間的聯(lián)系由下式核算：  

N=2πf（1-2）  

式中，乘2的緣由是1個頻率脈沖計2個數(shù)，要確保0.02℃的分辨率，則應(yīng)滿意下式：  

N100-N0=10000（1-3）  

式中，N100對應(yīng)軸溫在+100℃時的計數(shù)值，N0對應(yīng)軸溫在0℃時的計數(shù)值.依據(jù)式（1-2）的聯(lián)系將（1-3）式變換為：2πF100-2πF0=10000  

π（F100-F0）=5000（1-4）  

式中，F(xiàn)100對應(yīng)軸溫在+100℃時的頻率數(shù)，F(xiàn)0對應(yīng)軸溫在0℃時的頻率數(shù)。在電路元件參數(shù)值斷定之后，F(xiàn)100及F0即為斷定值，兩者的頻率差值也為斷定數(shù)，此刻不用嚴(yán)格需求電路元件參數(shù)的準(zhǔn)確值，即不用嚴(yán)格需求頻率信號差值為5000Hz，只要在某一合適的規(guī)模即可。通過軟件調(diào)整計數(shù)守時時刻τ，就能滿意式（1-3）的條件，確保在0～+100℃的溫度改變規(guī)模內(nèi)，信號相差5000個頻率脈沖，則最小測溫分辨率為0.02℃，足以滿意測溫精度的需求。選用此辦法將調(diào)整電路元件參數(shù)（即振蕩電路中電阻、電容）的準(zhǔn)確值來確保頻率差值轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖{(diào)整計數(shù)守時時刻τ，調(diào)整電路元件參數(shù)的準(zhǔn)確值是適當(dāng)艱難的，而由軟件調(diào)整計數(shù)守時時刻τ是對比簡單的。由此可知，振蕩電路中電阻、電容斷定后，頻率差的準(zhǔn)確度與電阻、電容的準(zhǔn)確值無關(guān)。  

7.傳感器的選型、裝置  

因為本規(guī)劃不只要進(jìn)行軸承溫度丈量還要實現(xiàn)精度操控。精度操控的辦法是首要對傳感器輸出的電壓信號實施V/F變換，然后用單片機(jī)對頻率進(jìn)行計數(shù)以此來到達(dá)必定的丈量精度。所以模仿溫度傳感器是首選溫度傳感器，其次溫度傳感器所處的環(huán)境具有強(qiáng)電磁攪擾的特色。歸納思考本規(guī)劃選用PT100鉑熱電阻溫度傳感器，導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，靈敏度高，延展性強(qiáng)；耐熔、耐沖突、耐腐蝕。  

熱電阻是使用物質(zhì)在溫度改變時自身電阻也隨著發(fā)生改變的特性來丈量溫度的。熱電阻的受熱有些是用細(xì)金屬絲均勻地雙繞在絕緣材料制成的骨架上，當(dāng)被測介質(zhì)中有溫度梯度存在時，所測得的溫度是感溫元件地點規(guī)模內(nèi)介質(zhì)層中的平均溫度。PT100鉑熱電阻溫度傳感器是熱電阻溫度傳感器的一種，適用于測-200～+650℃之間的溫度。鉑的物理和化學(xué)功能十分穩(wěn)定，具有高的熔化溫度和電阻率，溫度規(guī)模寬。傳感器的精度和穩(wěn)定性依賴于感溫元件的特性及精度等級。傳感器配有5m，10m的屏蔽電纜，廣泛使用于氣候，勘探，農(nóng)業(yè)，制造業(yè)等范疇。  

選用WZP-P系列貼片式Pt100溫度傳感器，丈量規(guī)模為-50～200℃，在主軸前、中、后軸承處，通過螺栓或其它固定方法將3個溫度傳感器裝置在軸承或軸承座表面上，留意裝置時螺栓緊固程度不宜太大，防止溫度傳感器受力太大致使損壞。  

8.軸承溫度的檢查與維護(hù)的實習(xí)使用  

8.1使用規(guī)模  

機(jī)床主軸軸承溫度的檢查與維護(hù)電路首要改造了10臺車床、5臺刨床，使用作用較好，但因為公司一年多后機(jī)構(gòu)改革、調(diào)整，取消了機(jī)械加工工段，因而未能得以更大規(guī)模的使用。  

8.2使用作用  

通過一年多的使用實習(xí)的證實，機(jī)床主軸軸承溫度的檢查與維護(hù)電路在各式機(jī)床上的使用十分成功，據(jù)這一年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯現(xiàn)每年每臺機(jī)床為公司節(jié)省電機(jī)修理費1.6萬元擺布，每臺機(jī)床節(jié)省替換主軸軸承等直接費用1.2元以上。  

9.定論  

基于本規(guī)劃的機(jī)床主軸軸承溫度丈量的精度能夠操控在0.01度，這樣就有效地進(jìn)步了機(jī)床主軸軸承溫度的準(zhǔn)確核算，然后及時把握軸承運轉(zhuǎn)工況，能夠在軸承沒有損壞之前宣布溫度超限報警及跳車信號，然后防止發(fā)生設(shè)備事故，到達(dá)大大下降值班人員的巡檢強(qiáng)度，進(jìn)步了設(shè)備運轉(zhuǎn)可靠性的意圖。