摘 要

随着绿色制造的深入发展，机床能效逐渐成为制造业领域的一个研究核心，但在研究的过程中，机床功率等信息难以直接采集，机床能耗等信息的采集和处理有很大的改进空间。本文以南京工业大学数控机床有限公司的SKMC-3000型数控磨齿机为研究对象，主要研究磨削过程中的主轴能耗状态，基于LabVIEW对数控磨齿机床主轴能耗状态进行监测系统的设计。

本文分为四个章节，第一章对课题的背景意义和国内外发展现状进行了理论分析，第二章进行总体结构的设计，整个采集模块由信号采集、信号调理和计算机显示模块三部分组成。第三章进行硬件系统的设计和选型，包括功率传感器、温度传感器、及NI采集卡等。第四章是系统的软件平台搭建，以LabVIEW软件模块功能结构为基础，进行数据采集程序和主界面的设计，建立最终的能耗状态监测系统。本实验台架LabVIEW系统能采集4路信号，分别为轴承温度、主轴功率、主轴扭矩和轴承振动。

通过本实验对于机床主轴能耗状态的监测，可以帮助进行理论上的能耗计算，方便了工程技术人员进行后续的车间能耗分析和能源改进工作，对于能源利用的可持续发展有着重要的作用。

关键词：数控磨齿机主轴 LabVIEW 能耗监测

Design of Energy Monitoring System for CNC Machine Tool Spindle Based on LabVIEW

ABSTRACT

With the deepening of green manufacturing, machine tool energy efficiency has gradually become a research core in the field of manufacturing. However, in the course of research, the information such as machine power and other information is difficult to collect directly, and the information acquisition and processing of machine tool energy consumption are very large Improved space. In this paper, the SKMC-3000 CNC grinding machine of Nanjing University of Technology is studied. The main energy consumption state of the grinding process is studied. Based on LabVIEW, the energy consumption monitoring system of CNC grinding machine is designed.

This chapter is divided into four chapters. The first chapter analyzes the background and the present situation of the research at home and abroad. The second chapter is composed of three parts: signal acquisition, signal conditioning and computer display module. The The third chapter of the hardware system design and selection, including power sensors, temperature sensors, and NI capture card. The fourth chapter is the software platform of the system, based on the LabVIEW software module functional structure, the data acquisition program and the main interface design, the establishment of the final energy consumption monitoring system. The experimental platform LabVIEW system can collect 4 signals, respectively, bearing temperature, spindle power, spindle torque and bearing vibration.

Through this experiment, the monitoring of the energy consumption of the machine tool spindle can help to calculate the energy consumption in theory and facilitate the subsequent workshop energy consumption analysis and energy improvement work, which plays an important role in the sustainable development of energy utilization.

Key words: CNC grinding machine spindle;LabVIEW;energy monitoring

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 I

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景和意义 1

1.2 国内外的发展现状 2

第二章 磨齿机主轴能耗分析和测试系统总体设计 4

2.1 SKMC-3000数控磨齿机床主轴的特性和能耗分析 4

2.2 主轴扭矩与功率测试方法 5

2.3 产生温升和振动的原因及测试方法 5

2.3.1 轴承的温升原因及温度测试方法 5

2.3.2 轴承的振动原因及振动测试方法 7

2.4 测试系统总体设计分析 8

第三章 测试系统的硬件选型与安装方式 10

3.1 传感器的选择 10

3.1.1 温度传感器的选型 10

3.1.2 扭矩传感器的选型 12

3.1.3 功率传感器的选型 13

3.1.4 加速度传感器的选型 13

3.2 传感器的安装 14

3.3 数采卡与工控机的选择 15

3.4 总线的选择 15

3.5 组态软件介绍和选择 16

3.6 测试预算 18

第四章 LabVIEW程序设计 19

4.1 软件功能分析 19

4.2 测试系统的变量定义及功能分析 20

4.2.1 变量定义 20

4.2.2 功能分析 20

4.3 搭建测试平台 21

4.3 软件界面设计 27

4.4用户使用说明和本章小结 29

结语 30

参考文献 31

致谢 33

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

车间能耗的监测与控制决定了如何来管理设备和生产，并辅助进行使用寿命计算，制定保养计划。同时，能耗监测对研究数控机床的可持续发展有一定的影响，也可以研究如何进行节能减排的工作。从20世纪90年代起，我国在能耗监测方面就已经进行技术性的探索，陆续出台了一些管理性的规定。目前，随着节能形势发展已经越来越迅速，能耗监测的意义和作用也逐步的体现出来。实践表明建立有效的能耗监测管控体系对于提高能效、推进节能减排作用明显^[1]。

随着科技、经济的发展，节能的要求也愈加严格，生产中对主轴测试的要求也变得越来越高。主轴作为机床的主要部件，在传递运动和动力时，其性能直接决定设备能否正常工作。但实际中主轴暴露了很多问题，有些难以进行数学形式的定量分析，需要借助试验方法进行分析和研究。主轴的能耗监测作为其中核心的一环，它的能耗状态将直接影响数控机床的整体性能。对主轴进行实时能耗监测，不仅能够有利于节能减排，还能减轻有关监测人员的工作量,对数控机床综合性能的发展具有重要意义。通过本课题对大型数控成形磨齿机研究,进行主轴能耗监测系统设计，提高试验台的可靠性和自动化程度，减少能量流失带来的不必要的损失。

机床作为一种重要的加工工具，由于其工作本身的特征，经常会出现各种各样的故障，其中产生故障最多的部位是机床的主轴箱。构成主轴箱的齿轮、轴承和轴系工作情况复杂，工作时间长，经常发生故障，严重地影响了产品的质量和生产进度。因此，在机床整机装配出厂之前，尽可能把出现的问题检测出来对机床整机装配及整个产品的质量都是非常关键的。

相关图片展示：