1.试验台组成概述

本磨床综合实验台位于北京化工大学东校区科技大厦，可进行各种振动故障诊断与不平衡振动自愈调控实验。试验台以MW1420型万能外圆磨床的磨头为参考进行设计，主要由三相异步电动机、主轴箱体（内装润滑油）、砂轮、变频器、电磁滑环式平衡执行器、自动平衡控制箱、NI数采设备和传感器等组成。图1和图2，分别为高精密磨床综合试验台的主体结构图和三维图。

图1 高精密磨床综合试验台

图2 磨床试验台三维图

图3 磨床试验台主轴图

主轴和砂轮具体尺寸参见图3，主轴箱体内装润滑油，润滑油牌号为5#，用于实现主轴轴承的润滑和冷却。主轴的转子系统采用一对滑动轴承进行支撑，轴瓦形式为对开式，轴径基本尺寸为80mm；砂轮安装在主轴的悬臂端，其基本尺寸为400*50*203mm，砂轮最大线速度可达42m/s。

控制箱主要是控制平衡执行器内配重盘动作，监测系统的各种信号也连接到控制箱中。变频器连接三相异步电动机，主轴转速可通过变频器实现在0-2000r/min之间自由变化。高精密磨床实验台的技术参数列于表1中。

表1 实验台技术参数

2.功能介绍

2.1测点布局

测点布局图如图4所示：在主轴前后轴承座位置安装振动传感器和声发射传感器用于感知主轴的振动和噪声信号；在主轴皮带轮侧安装激光转速传感器进行主轴转速的实时测量；在轴承座内安装温度传感器实时监测主轴润滑油的油温；在驱动电机侧安装电流传感器感知电机的输入电流。

图4 磨床试验台测点布局方案

2.2开展了基于电磁滑环式平衡执行器的振动控制

高速化和智能化一直是高端机床的发展目标。但随着机床转速的提高，砂轮或刀具上即使存在微小的不平衡量也会产生极大的不平衡力，进而导致机床振动加剧、被加工件产生表面波纹和增大表面粗糙度。在线自动平衡系统可在机床工作过程中实时抑制机床的不平衡振动，且每次平衡过程仅需几秒到几十秒时间，对提高机床的加工精度和加工效率、保证产品一致性、延长机床的使用寿命等方面均具有重要作用，但该技术目前一直被国外企业所垄断。

2020年形成高端磨床在线自动平衡系统，在磨床主轴工作过程中实时抑制转子的不平衡振动，可在20秒内将机床主轴的不平衡振动从7.9μm降低至0.9μm左右，振动幅值减少88.6％。

图5 自动平衡实验台及平衡效果

实验结果示于图5中。两个波峰分别代表加了35.2g和14.8g试重块后的振幅，波谷代表自动平衡后的振幅。这组实验验证了自动平衡系统的有效性，证明了无论在什么位置发生不平衡振动，自动平衡系统都可以将振幅减小到约1μm。