一种智能主轴温度数据检测方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种智能主轴温度数据检测方法及其系统,通过电机生热率，根据电机的功率损耗，求得电机的生热率，获取主轴系统热边界的温度数据：冷却水的对流换热分析、转子端部与周围气体的换热分析、外壳与周围气体的换热分析，使该方法在使用的时候，将外界的因素进行考虑，使测量的温度值，更加的精准，单片机控制主轴温度传感模块、冷却水传感模块、端子气体传感模块、外壳气体传感模块和状态检测模块和信号模块进行控制，数据处理模块将单片机的数据进行整合，数据存储模块将数据处理模块的数据包进行存储，并且进行发送，历史数据模块存储以往检测的数据，对比模块将数据存储模块的数据与历史数据模块进行对比，便于进行对比。比。比。

【技术实现步骤摘要】
一种智能主轴温度数据检测方法及其系统


[0001]专利技术涉及智能主轴温度数据检测的领域,尤其涉及一种智能主轴温度数据检测方法及其系统。

技术介绍

[0002]主轴，是指从发动机或电动机接受动力并将它传给其它机件的轴。主轴亦称“光轴”，是“主光轴”的简称：在光具组中具有对称性的直径。如球镜的主轴是通过镜面中心与镜面垂直的直线。透镜或光轴光具组的主轴是各透镜面中心的连线，智能主轴是用于智能数控机床的上的车轴。
[0003]现在的智能主轴在使用的时候，可以很好的进行使用，实现智能化进行生产，在测量温度的时候，也可以将温度进行实时检测，但是智能主轴的温度在测量的时候，有很度的外界因素会造成测量的影响，现有的测量方法在使用的时候，不能进行将外界的因素进行考虑，导致现有的测量的方法在使用的时候，造成测量不准确的效果。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术存在的缺点与不足,本专利技术提供一种智能主轴温度数据检测方法及其系统。
[0005]本专利技术所采用的的技术方案是，一种智能主轴温度数据检测方法，所述方法包括以下步骤：
[0006]S1、获取主轴内部温度的数据：电机生热率，根据电机的功率损耗，求得电机的生热率；
[0007]S2、获取主轴系统热边界的温度数据：冷却水的对流换热分析、转子端部与周围气体的换热分析、外壳与周围气体的换热分析；
[0008]S3、主轴系统热变形分析：温度场由模型体系以及热量的传递所决定，ANSYS Workbench中根据模型的几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界条件；
[0009]S4、动态数据的整体方案建立。
[0010]优选地，所述将根据S1中的操作步骤，根据电机的功率损耗，求得电机的生热率，表达式为：
[0011][0012]q＝Q/V
[0013]式中：T为电机温升，Q
d
为电机发热量，A为电机的散热系数，C为电机热熔量，t0为电机的初始温度，q为电机生热率，V为热源体积。
[0014]优选地，所述将根据S2中的操作步骤，包括以下步骤：
[0015]S201、冷却水的对流换热分析：
[0016]计算管内流体流动强制对流换热时，需先通过计算流体的雷诺数，判断流体的流
动状态，再计算努塞尔数Nu，进而求得强迫对流的传热系数，雷诺数Re的计算公式为:
[0017][0018]其中：为流体的速度，为几何特征的定型尺寸，A为流体横截面面积，U为湿周，V为流体的运动学粘度；
[0019]对流换热系数为：
[0020][0021]其中，λ为流体导热系统；
[0022]S202、转子端部与周围气体的换热分析：
[0023]转子端部与周围气体进行辐射换热和对流换热，复合热交换的换热系数为：
[0024][0025]其中，n为主轴转速，d为转子端部的平均直径；
[0026]S203、外壳与周围气体的换热分析：
[0027]电主轴高速运转时，电主轴、主轴箱外壳的温度都要高于周围环境的温度，外壳向气体辐射传热的同时，也与气体发生对流换热，复合传热的传热系数为：
[0028]α
s
＝α
r
+α
c
[0029]其中，α
s
为符合传热系数，α
r
为辐射换热系数，α
c
为对流换热系数。
[0030]优选地，将根据S3中的操作步骤，热力学第一定律，是指不同形式的能量在转化和传递过程中能量的总量保持不变，即对于封闭的系统，则有：
[0031]Q
‑
W＝
△
U+
△
KE+
△
PE
[0032]其中，Q为热量，W为功，
△
U为系统内能，
△
KE为系统动能，
△
PE为势能；
[0033]对于稳态热分析问题，用矩阵形式表示能量平衡方程，具体为:
[0034][K(T)]{T}＝{Q(T)}
[0035]其中，[K]为包含导热系数、对流系数、辐射率和形状参数的传导矩阵；{T}为节点温度向量；[Q]为包含热生成的节点热流率向量。
[0036]优选地，所述将根据S4中的操作步骤，在主轴动态下进行检测：利用最小二乘法建立温升预警模型
[0037]B＝λ(
△
T
′‑△
T)+e
(T0
‑
Tm
)
[0038]式中：λ为温度安全系数，T0为主轴实时温度，T
m
为温度设定值，
△
T
′
为温度变化率实测值，
△
T为温度变化率预测值。
[0039]一种智能主轴温度数据检测系统，包括：
[0040]主轴温度传感模块，所述主轴温度传感模块用于检测主轴的生热率和电机的功率损耗，并且计算出主轴的升温；
[0041]冷却水传感模块，所述冷却水传感模块用于检测冷却水水管的速度、尺寸、湿周和运动学粘度，并且计算出冷却水的对流换热；
[0042]端子气体传感模块，所述端子气体传感模块用于将主轴转速和转子端部的平均直径进行测量，然后计算出转子端部与周围气体的换热；
[0043]外壳气体传感模块，所述外壳气体传感模块用于将电主轴、主轴箱外壳的温度进行测量，计算出符合传热；
[0044]状态检测模块，所述状态检测模块用于检测主轴的运行状态；
[0045]信号模块，所述信号模块用于将主轴温度传感模块、冷却水传感模块、端子气体传感模块、外壳气体传感模块和状态检测模块进行检测工作状态，是否处理工作状态；
[0046]单片机，所述单片机用于控制主轴温度传感模块、冷却水传感模块、端子气体传感模块、外壳气体传感模块和状态检测模块和信号模块进行控制；
[0047]数据处理模块，所述数据处理模块用于将单片机的数据进行整合，整理其检测的数据，将数据打包成数据包；
[0048]数据存储模块，所述数据存储模块将数据处理模块的数据包进行存储，并且进行发送；
[0049]历史数据模块，所述历史数据模块用于存储以往检测的数据，便于与新的数据进行对比；
[0050]对比模块，所述对比模块用于将数据存储模块的数据与历史数据模块进行对比，查看是否存在异常；
[0051]显示器，所述显示器用于显示对比的结果和显示刚处理的数据。
[0052]优选地，所述所述将主轴温度传感模块、冷却水传感模块、端子气体传感模块、外壳气体传感模块和状态检测模块均与信号模块通过导线电性连接，所述信号模块与单片机通过导线电性连接，所述单片机与数据处理模块通过导向电性连接，所述数据处理模块与数据存储模块通过导线电性连接，所述数据模块与历史数据模块通过导线电性连接，所述历史数据模块和数据模块均与对比模块通过导线电性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能主轴温度数据检测方法，其特征在于，包括有如下步骤：S1、获取主轴内部温度的数据：电机生热率，根据电机的功率损耗，求得电机的生热率；S2、获取主轴系统热边界的温度数据：冷却水的对流换热分析、转子端部与周围气体的换热分析、外壳与周围气体的换热分析；S3、主轴系统热变形分析：温度场由模型体系以及热量的传递所决定，ANSYS Workbench中根据模型的几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界条件；S4、动态数据的整体方案建立。2.根据权利要求1所述的一种智能主轴温度数据检测方法，其特征在于，包括以下步骤：将根据S1中的操作步骤，根据电机的功率损耗，求得电机的生热率，表达式为：q＝Q/V式中：T为电机温升，Q
d
为电机发热量，A为电机的散热系数，C为电机热熔量，t0为电机的初始温度，q为电机生热率，V为热源体积。3.根据权利要求1所述的一种智能主轴温度数据检测方法，其特征在于，包括以下步骤：将根据S2中的操作步骤，包括以下步骤：S201、冷却水的对流换热分析：计算管内流体流动强制对流换热时，需先通过计算流体的雷诺数，判断流体的流动状态，再计算努塞尔数Nu，进而求得强迫对流的传热系数，雷诺数Re的计算公式为:其中：为流体的速度，为几何特征的定型尺寸，A为流体横截面面积，U为湿周，V为流体的运动学粘度；对流换热系数为：其中，λ为流体导热系统；S202、转子端部与周围气体的换热分析：转子端部与周围气体进行辐射换热和对流换热，复合热交换的换热系数为：其中，n为主轴转速，d为转子端部的平均直径；S203、外壳与周围气体的换热分析：电主轴高速运转时，电主轴、主轴箱外壳的温度都要高于周围环境的温度，外壳向气体辐射传热的同时，也与气体发生对流换热，复合传热的传热系数为：α
s
＝α
r
+α
c
其中，α
s
为符合传热系数，α
r
为辐射换热系数，α
c
为对流换热系数。
4.根据权利要求1所述的一种智能主轴温度数据检测方法，其特征在于，包括以下步骤：将根据S3中的操作步骤，热力学第一定律，是指不同形式的能量在转化和传递过程中能量的总量保持不变，即对于封闭的系统，则有：Q
‑
W＝
△
U+
△
KE+
△
PE其中，Q为热量，W为功，
△
U为系统内能，
△
KE为系统动能，
△
PE为势能；对于稳态热分析问题，用矩阵形式表示能量平衡方程，具体为:[K(T)]{T}＝{Q(T)}其中，[K]为包含导热系数、对流系数、辐射率和形状参数的传导矩阵；{T}为节点温度向量；[Q]为包含热生成的节点热流率向量。5.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘懿，贾昌武，李鸿峰，张蕊，
申请(专利权)人：深圳市玄羽科技有限公司，
类型：发明
国别省市：