高速电主轴的温度数据无线采集系统设计.pdf

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1、数控加工技术现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2011年第9期高速电主轴的温度数据无线采集系统设计’谢黎明，邵宽平，靳岚(兰州理工大学机电工程学院，兰州730050)摘要：应用AVRATmegal6单片机无线通信技术，设计电主轴温度数据无线采集系统。该系统的监控终端Pc与AVRATmegal6单片机通过无线信道进行通信，完成对电主轴运行状态的远程实时监控，为实现电主轴温升在线控制系统提供了数据基础。关键词：单片机；无线通信；电主轴；温升中图分类号：TP206文献标志码：A文章编号：167lql33(2011)09—0040—03Wire

2、lessdataacquisitionsystemforthetemperatureoflIighspeedelectricalprincipalaxisXIELi—ming，SHAOKuan—ping，JINLan(LanzhouUniversityofTechnology，Lanzhou730050，China)Abstract：BasedonwirelesscommunicationtechnologyAVRmieroeontro／／ertobuildawirelessspindletemperaturedataacquisi-tionsystem，whosetermi

3、nal-monitoringPCcommunicateswithAVRsingle—chipcomputeroneachfloorthroughwirelesschannel，SOastomonitortheoperationalstatusoftheentirepartremotelyandreal—time．Anditaffordsthedatabaseofthetemperatureforthecontrolsystemoftheelectricalprincipalaxis．Keywords：single—chipcomputer；wirelesscommunicat

4、ion；electricalprincipalaxis；temperatureriseO引言目前，电主轴的温升控制问题已成为制约高速机床发展的关键因素。如何提高对电主轴温度参数的测量精度和实现实时在线监控显得尤为重要。利用单片机无线通信技术对电主轴的关键热源进行测量监控，一方面可以提高高速机床运行的稳定性并为机床的热误差控制补偿提供数据；另一方面有利于设备日常运行数据的收集。1测温点的选取高速电主轴的热源主要有两个：～个是电动机发热；另一个是轴承发热。评价主轴温升通常在无外加载荷和无外部热源影响的情况下进行，合理选择测温点的位置是关键所在。高速电主轴的结构特点不利于壳体内的电

5、动机散热，随着转速的增加，热量也在增加，主轴中部的热量会高于其他部位。同时，电主轴轴承在高速运转时·国家科技重大专项课题(2009ZX040001-015)40的摩擦发热也不断增加。这样，在选择测温点时应遵循六个策略：1)便于观测性策略；2)最大灵敏度策略；3)主因素策略；4)布点最少策略；5)互不相关策略；6)最近线性策略。参考实验及数据分析⋯，本方案选择三个测温点，如图l所示，并在这些测温点上布置五个温度传感器：1)在电主轴前轴承的外周对称位置布置两个温度传感器；2)在电主轴后1／3到1／2处之间对称位置布置两个温度传感器；3)在电主轴后轴承盖上布置一个温度传感器。2温度

6、参数的测量温度参数的测量采用基于一线总线的DSl8820型智能温度传感器。它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单编程实现9～12位的数字值读数方式，可以分别在93．75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DSl8820型智能温度传感器中读出信息或写入信息仅需要一根接口线(即单谢黎明，等：高速电主轴的温度数据无线采集系统设计2011年第9期主轴测温点1前轴承电动机转子测温点2电动机定子后轴承测温点3图1测温点示意图线接口)。温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向DSl8820供电，无需额外电源。整个测温系统由单台PC机和一个或多个AVRATmeg

7、al6单片机组成，其数据传输系统功能框图如图2所示，PC机和ATmegal6单片机之间通过无线信道进行主从方式通信[2]。其中Pc机作为监控终端，通过无线传输模块与各个单片机进行数据收发，可实时查看和控制各运行参数，并完成实时数据采集。利用AVRATmegal6单片机中的PA0接口，将测量的数据进行数模转换。数据传输系统电路中的传感器信号传输距离较远，起到了将线路的输入信号与主电路隔离，并保护单片机系统稳定工作的作用。一＼o＼蹬图2PC机与ATmegal6单片机的数据传输系统功能框图3单片机无线通信网络