本發(fā)明涉及預緊力分析，尤其涉及一種用于電主軸的最佳預緊力分析方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、電主軸是一種將電動機與機床主軸集成于一體的設備，它在現(xiàn)代機械加工領域中扮演著至關重要的角色，對電主軸施加的預緊力可以消除電主軸中軸承間隙，進而增加電主軸的剛度，而過大的預緊力會導致電主軸的溫度升高，降低電主軸的使用壽命，因此對電主軸進行最佳預緊力分析在實際的應用中具有重要意義。

2、目前的電主軸的最佳預緊力分析主要是通過權重系數(shù)法實現(xiàn)的，該方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)電主軸的最佳預緊力分析，但是僅通過對影響電主軸預緊力的參數(shù)進行權重系數(shù)計算，會使得計算出的最佳預緊力不一定符合實際需要的預緊力，降低了最佳預緊力分析的精準度，同時針對不同的電主軸運行環(huán)境，都需要進行重復計算，會降低最佳預緊力分析的效率。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種用于電主軸的最佳預緊力分析方法及系統(tǒng)，其主要目的在于提高電主軸最佳預緊力分析的精準度及效率。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種用于電主軸的最佳預緊力分析方法，包括：

3、接收預緊力分析指令，基于預緊力分析指令設定初始主軸轉(zhuǎn)速，基于初始主軸轉(zhuǎn)速啟動預構建的待測電主軸，得到運行電主軸，其中，所述運行電主軸的轉(zhuǎn)速為初始主軸轉(zhuǎn)速；

4、對運行電主軸進行旋轉(zhuǎn)振動平衡，得到平衡電主軸；

5、對平衡電主軸進行旋轉(zhuǎn)剛度測試，得到主軸旋轉(zhuǎn)剛度集及實時測量時刻集，基于所述實時測量時刻集測量所述平衡電主軸的主軸變化溫度集；

6、啟動預構建的預緊力測量單元，其中，所述預緊力測量單元包括：聲波測量單元及壓電測量單元，且所述聲波測量單元為超聲探頭，所述壓電測量單元為壓電傳感器；

7、利用聲波測量單元對所述平衡電主軸進行預緊力聲波測量，得到聲波預緊力集，其中，所述聲波測量單元安置于平衡電主軸的兩側(cè)；

8、利用壓電測量單元對所述平衡電主軸進行預緊力壓電測量，得到壓電預緊力集，其中，所述壓電測量單元安置于平衡電主軸的軸承與主軸的連接處；

9、根據(jù)所述實時測量時刻集，對聲波預緊力集及壓電預緊力集分別進行預緊力曲線擬合，得到聲波預緊力曲線及壓電預緊力曲線；

10、根據(jù)聲波預緊力曲線及壓電預緊力曲線，識別候選預緊力線段集并在所述主軸旋轉(zhuǎn)剛度集及主軸變化溫度集中分別確認候選測試環(huán)境組集，其中，所述候選測試環(huán)境組集包括：候選變化溫度組集及候選旋轉(zhuǎn)剛度組集；

11、基于候選預緊力線段集及候選測試環(huán)境組集，構建最佳預緊力表，基于所述最佳預緊力表完成電主軸的最佳預緊力分析。

12、可選地，所述對運行電主軸進行旋轉(zhuǎn)振動平衡，得到平衡電主軸，包括：

13、在所述運行電主軸中進行區(qū)域劃分，得到待平衡區(qū)域集，在所述待平衡區(qū)域集中依次提取待平衡區(qū)域并設定平衡精度級別，其中，待平衡區(qū)域集中每個待平衡區(qū)域均有一個位移傳感器；

14、測量所述待平衡區(qū)域的區(qū)域偏移質(zhì)量及區(qū)域旋轉(zhuǎn)半徑，其中，區(qū)域旋轉(zhuǎn)半徑為待平衡區(qū)域的中心點與運行電主軸中轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心的距離；

15、根據(jù)所述區(qū)域偏移質(zhì)量及區(qū)域旋轉(zhuǎn)半徑，計算所述待平衡區(qū)域的區(qū)域待平衡量及區(qū)域可控平衡量；

16、判斷所述區(qū)域待平衡量是否小于區(qū)域可控平衡量；

17、若所述區(qū)域待平衡量不小于區(qū)域可控平衡量，則獲取所述位移傳感器的振動位移分量，其中，振動位移分量包括：徑向振動位移及垂向振動位移；

18、根據(jù)所述振動位移分量，確定待平衡方位角，其中，所述待平衡方位角表示為：

19、；

20、其中，表示待平衡方位角，表示反正切函數(shù)，表示垂向振動位移，表示徑向振動位移；

21、根據(jù)所述待平衡方位角及預設的單位載荷質(zhì)量，對所述待平衡區(qū)域進行載荷降低，得到調(diào)節(jié)平衡區(qū)域，利用調(diào)節(jié)平衡區(qū)域?qū)λ龃胶鈪^(qū)域進行更新，并返回所述測量所述待平衡區(qū)域的區(qū)域偏移質(zhì)量及區(qū)域旋轉(zhuǎn)半徑的步驟；

22、若所述區(qū)域待平衡量小于區(qū)域可控平衡量，則將所述待平衡區(qū)域記為平衡區(qū)域；

23、匯總所述平衡區(qū)域，得到平衡區(qū)域集，利用所述平衡區(qū)域集對所述運行電主軸進行更新，得到平衡電主軸。

24、可選地，所述根據(jù)所述區(qū)域偏移質(zhì)量及區(qū)域旋轉(zhuǎn)半徑，計算所述待平衡區(qū)域的區(qū)域待平衡量及區(qū)域可控平衡量，包括：

25、根據(jù)所述區(qū)域偏移質(zhì)量及區(qū)域旋轉(zhuǎn)半徑，計算區(qū)域待平衡量，其中，所述區(qū)域待平衡量表示為：

26、；

27、其中，表示區(qū)域待平衡量，表示區(qū)域偏移質(zhì)量，表示區(qū)域旋轉(zhuǎn)半徑；

28、獲取所述待平衡區(qū)域的靜態(tài)區(qū)域質(zhì)量，根據(jù)所述初始主軸轉(zhuǎn)速、區(qū)域旋轉(zhuǎn)半徑、平衡精度級別及靜態(tài)區(qū)域質(zhì)量，利用如下公式，設定所述待平衡區(qū)域的區(qū)域可控平衡量：

29、；

30、其中，表示區(qū)域可控平衡量，表示靜態(tài)區(qū)域質(zhì)量，表示平衡精度級別，表示圓周率，表示初始主軸轉(zhuǎn)速。

31、可選地，所述對平衡電主軸進行旋轉(zhuǎn)剛度測試，得到主軸旋轉(zhuǎn)剛度集及實時測量時刻集，包括：

32、利用所述多個位移傳感器測量所述平衡電主軸的初始振動位移集，并記錄當前的初始載荷質(zhì)量及實時測量時刻，其中，初始振動位移集中的初始振動位移的個數(shù)與多個位移傳感器中位移傳感器的個數(shù)相同；

33、根據(jù)所述單位載荷質(zhì)量，對所述平衡電主軸的初始載荷質(zhì)量進行載荷質(zhì)量增加，得到負載電主軸，其中，所述進行載荷質(zhì)量增加的位置為平衡電主軸連接的載荷設備；

34、獲取所述負載電主軸的當前負載轉(zhuǎn)速，對所述當前負載轉(zhuǎn)速進行轉(zhuǎn)速增加，當所述當前負載轉(zhuǎn)速等于初始主軸轉(zhuǎn)速時，停止對當前負載轉(zhuǎn)速進行轉(zhuǎn)速增加并對所述負載電主軸進行振動位移測量，得到目標振動位移集；

35、獲取所述當前的運行載荷質(zhì)量，分別在所述初始振動位移集及目標振動位移集中識別最大初始位移及最大目標位移，其中，最大初始位移及最大目標位移均為矢量合成位移；

36、根據(jù)所述最大初始位移、最大目標位移及運行載荷質(zhì)量，計算主軸旋轉(zhuǎn)剛度；

37、利用所述負載電主軸及運行載荷質(zhì)量分別對所述平衡電主軸及初始載荷質(zhì)量進行更新，并返回所述根據(jù)所述單位載荷質(zhì)量，對所述平衡電主軸的初始載荷質(zhì)量進行載荷質(zhì)量增加的步驟，直到獲取的主軸旋轉(zhuǎn)剛度數(shù)量不小于預設的參考剛度數(shù)量；

38、分別匯總所述主軸旋轉(zhuǎn)剛度及實時測量時刻，得到主軸旋轉(zhuǎn)剛度集及實時測量時刻集。

39、可選地，所述根據(jù)所述最大初始位移、最大目標位移及運行載荷質(zhì)量，計算主軸旋轉(zhuǎn)剛度，包括：

40、識別所述最大初始位移及最大目標位移的最大差值夾角，根據(jù)所述初始主軸轉(zhuǎn)速、最大差值夾角、運行載荷質(zhì)量、最大初始位移及最大目標位移，計算主軸旋轉(zhuǎn)剛度，其中，所述主軸旋轉(zhuǎn)剛度表示為：

41、；

42、其中，表示主軸旋轉(zhuǎn)剛度，表示運行載荷質(zhì)量，表示最大初始位移，表示最大目標位移，表示絕對值符號，表示余弦函數(shù)，表示最大差值夾角。

43、可選地，所述利用聲波測量單元對所述平衡電主軸進行預緊力聲波測量，得到聲波預緊力集，包括：

44、獲取所述聲波測量單元的聲波聲彈系數(shù)，其中，所述聲波聲彈系數(shù)包括：橫波聲彈系數(shù)及縱波聲彈系數(shù)；

45、在所述平衡電主軸中確認有效旋轉(zhuǎn)部位，分別識別所述平衡電主軸的主軸總長度及有效旋轉(zhuǎn)部位的有效旋轉(zhuǎn)長度，獲取聲波測量單元與平衡電主軸的測量接觸面積；

46、對所述實時測量時刻集中每一個實時測量時刻均執(zhí)行以下操作：

47、基于實時測量時刻，并利用所述聲波測量單元對平衡電主軸進行聲波監(jiān)測，其中，聲波監(jiān)測的過程為聲波測量單元對平衡電主軸發(fā)射超聲波并記錄超聲波在平衡電主軸傳播時的傳播速度；

48、記錄聲波監(jiān)測過程中超聲波在平衡電主軸傳播時的聲波傳播速度，其中，所述聲波傳播速度包括：縱波傳播速度及橫波傳播速度；

49、根據(jù)所述聲波傳播速度、聲波聲彈系數(shù)、有效旋轉(zhuǎn)長度、主軸總長度及測量接觸面積，利用如下公式計算聲波預緊力：

50、；

51、其中，表示聲波預緊力，表示主軸總長度，表示橫波傳播速度，表示測量接觸面積，表示有效旋轉(zhuǎn)長度，表示橫波聲彈系數(shù)，表示縱波聲彈系數(shù)，表示縱波傳播速度；

52、匯總所述聲波預緊力，得到聲波預緊力集。

53、可選地，所述利用壓電測量單元對所述平衡電主軸進行預緊力壓電測量，得到壓電預緊力集，包括：

54、識別所述壓電測量單元的多個壓電傳感器，其中，所述壓電傳感器的數(shù)量由人為設定，且多個壓電傳感器均勻安裝在平衡電主軸中軸承的側(cè)表面；

55、對所述實時測量時刻集中每一個實時測量時刻均執(zhí)行以下操作：

56、啟動所述壓電測量單元并利用所述壓電測量單元對平衡電主軸進行壓力測量，得到原始測量壓力集，其中，原始測量壓力集中原始測量壓力的數(shù)量與壓電測量單元中壓電傳感器的數(shù)量相同；

57、在所述原始測量壓力集中識別第一極大壓力及第二極大壓力，分別識別所述第一極大壓力及第二極大壓力對應的第一測量位置及第二測量位置；

58、計算所述第一測量位置及第二測量位置的壓電方位角，判斷所述壓電方位角是否小于預設的標準方位角；

59、若所述壓電方位角不小于標準方位角，則根據(jù)所述第一極大壓力、第二極大壓力及壓電方位角，計算壓電預緊力，其中，所述壓電預緊力表示為：

60、；

61、其中，表示壓電預緊力，表示第一極大壓力，表示第二極大壓力，表示壓電方位角；

62、若所述壓電方位角小于標準方位角，則將所述第一極大壓力記為壓電預緊力；

63、匯總所述壓電預緊力，得到壓電預緊力集。

64、可選地，所述識別候選預緊力線段集并在所述主軸旋轉(zhuǎn)剛度集及主軸變化溫度集中分別確認候選測試環(huán)境組集，包括：

65、對所述聲波預緊力曲線進行線段劃分，得到聲波線段集，識別所述聲波線段集的聲波預緊力系數(shù)集及聲波時段集，其中，聲波預緊力系數(shù)為聲波線段的斜率，聲波時段為聲波線段的橫坐標范圍；

66、根據(jù)聲波時段集對所述壓電預緊力曲線進行線段劃分，得到壓電線段集，識別所述壓電線段集的壓電預緊力系數(shù)集；

67、在所述聲波預緊力系數(shù)集及壓電預緊力系數(shù)集分別依次提取聲波預緊力系數(shù)及壓電預緊力系數(shù)，計算所述聲波預緊力系數(shù)及壓電預緊力系數(shù)的系數(shù)差值；

68、判斷所述系數(shù)差值是否小于預設的標準差值；

69、若所述系數(shù)差值小于標準差值，則分別識別所述聲波預緊力系數(shù)及壓電預緊力系數(shù)的候選聲波線段及候選壓電線段，對候選聲波線段及候選壓電線段進行均值化，得到候選預緊力線段；

70、在所述聲波時段集中識別候選預緊力線段的候選聲波時段，基于候選聲波時段，在所述主軸變化溫度集及主軸旋轉(zhuǎn)剛度集中確認候選變化溫度組及候選旋轉(zhuǎn)剛度組；

71、分別匯總所述候選預緊力線段、候選變化溫度組及候選旋轉(zhuǎn)剛度組，得到候選預緊力線段集、候選變化溫度組集及候選旋轉(zhuǎn)剛度組集。

72、可選地，所述基于候選預緊力線段集及候選測試環(huán)境組集，構建最佳預緊力表，包括：

73、在所述候選預緊力線段集、候選變化溫度組集及候選旋轉(zhuǎn)剛度組集分別依次提取候選預緊力線段、候選變化溫度組及候選旋轉(zhuǎn)剛度組；

74、在所述候選變化溫度組及候選旋轉(zhuǎn)剛度組中分別識別最小變化溫度及最大旋轉(zhuǎn)剛度，分別識別所述最小變化溫度及最大旋轉(zhuǎn)剛度的最小溫度時刻及最大剛度時刻；

75、基于最小溫度時刻及最大剛度時刻，在所述候選預緊力線段中確認溫度映射預緊力及剛度映射預緊力，計算溫度映射預緊力及剛度映射預緊力的中值預緊力，將所述中值預緊力記為最佳預緊力；

76、將所述最佳預緊力、候選變化溫度組及候選旋轉(zhuǎn)剛度組進行鍵值配對，得到最佳預緊力組，匯總所述最佳預緊力組，得到最佳預緊力組集；

77、根據(jù)所述最佳預緊力組集繪制最佳預緊力表格，其中，最佳預緊力表格中一個最佳預緊力對應一個候選變化溫度組及一個候選旋轉(zhuǎn)剛度組。

78、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種用于電主軸的最佳預緊力分析系統(tǒng)，包括：

79、電主軸剛度測試模塊，用于接收預緊力分析指令，基于預緊力分析指令設定初始主軸轉(zhuǎn)速，基于初始主軸轉(zhuǎn)速啟動預構建的待測電主軸，得到運行電主軸，其中，所述運行電主軸的轉(zhuǎn)速為初始主軸轉(zhuǎn)速，對運行電主軸進行旋轉(zhuǎn)振動平衡，得到平衡電主軸，對平衡電主軸進行旋轉(zhuǎn)剛度測試，得到主軸旋轉(zhuǎn)剛度集及實時測量時刻集，基于所述實時測量時刻集測量所述平衡電主軸的主軸變化溫度集；

80、聲波預緊力測量模塊，用于啟動預構建的預緊力測量單元，其中，所述預緊力測量單元包括：聲波測量單元及壓電測量單元，且所述聲波測量單元為超聲探頭，所述壓電測量單元為壓電傳感器，利用聲波測量單元對所述平衡電主軸進行預緊力聲波測量，得到聲波預緊力集，其中，所述聲波測量單元安置于平衡電主軸的兩側(cè)；

81、預緊力曲線擬合模塊，用于利用壓電測量單元對所述平衡電主軸進行預緊力壓電測量，得到壓電預緊力集，其中，所述壓電測量單元安置于平衡電主軸的軸承與主軸的連接處，根據(jù)所述實時測量時刻集，對聲波預緊力集及壓電預緊力集分別進行預緊力曲線擬合，得到聲波預緊力曲線及壓電預緊力曲線；

82、預緊力表格構建模塊，用于根據(jù)聲波預緊力曲線及壓電預緊力曲線，識別候選預緊力線段集并在所述主軸旋轉(zhuǎn)剛度集及主軸變化溫度集中分別確認候選測試環(huán)境組集，其中，所述候選測試環(huán)境組集包括：候選變化溫度組集及候選旋轉(zhuǎn)剛度組集，基于候選預緊力線段集及候選測試環(huán)境組集，構建最佳預緊力表。

83、為了解決上述問題，本發(fā)明還提供一種電子設備，所述電子設備包括：

84、存儲器，存儲至少一個指令；及

85、處理器，執(zhí)行所述存儲器中存儲的指令以實現(xiàn)上述所述的用于電主軸的最佳預緊力分析方法。

86、為了解決上述問題，本發(fā)明還提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)中存儲有至少一個指令，所述至少一個指令被電子設備中的處理器執(zhí)行以實現(xiàn)上述所述的用于電主軸的最佳預緊力分析方法。

87、本發(fā)明為解決背景技術所述問題，首先接收預緊力分析指令，基于預緊力分析指令設定初始主軸轉(zhuǎn)速，并基于初始主軸轉(zhuǎn)速啟動待測電主軸，得到運行電主軸，初始主軸轉(zhuǎn)速的設定，確保電主軸在可控的條件下啟動，接著對運行電主軸進行旋轉(zhuǎn)振動平衡，得到平衡電主軸，通過平衡操作，確保電主軸在運行中的穩(wěn)定性，減少因為不平衡帶來的誤差，提高了電主軸最佳預緊力分析的精準度，然后對平衡電主軸進行旋轉(zhuǎn)剛度測試，得到主軸旋轉(zhuǎn)剛度集及實時測量時刻集，并基于實時測量時刻集測量平衡電主軸的主軸變化溫度集，主軸旋轉(zhuǎn)剛度集及主軸變化溫度集的確定為后續(xù)進行最佳預緊力分析提供了環(huán)境參考，通過啟動預緊力測量單元，并利用預緊力測量單元對平衡電主軸進行預緊力測量，得到聲波預緊力集及壓電預緊力集，這一步通過聲波的間接測量及壓電傳感器的直接測量兩種不同方法完成對平衡電主軸的預緊力測量，這兩種方法得到的結(jié)果可以相互驗證，提高了測量預緊力的準確性，進而提高了電主軸最佳預緊力分析的精準度，根據(jù)實時測量時刻集，對聲波預緊力集及壓電預緊力集分別進行預緊力曲線擬合，得到聲波預緊力曲線及壓電預緊力曲線，通過曲線擬合使得獲取的預緊力數(shù)據(jù)有了直觀的表達，進一步的，根據(jù)聲波預緊力曲線及壓電預緊力曲線，識別候選預緊力線段集并在主軸旋轉(zhuǎn)剛度集及主軸變化溫度集中分別確認候選測試環(huán)境組集，這一步完成對預緊力線段集對應的環(huán)境參數(shù)的獲取，為后續(xù)進行最佳預緊力表提供了基礎條件，最后基于候選預緊力線段集及候選測試環(huán)境組集，構建最佳預緊力表，基于最佳預緊力表完成電主軸的最佳預緊力分析，通過最佳預緊力表可以根據(jù)實際的溫度及剛度快速的進行最佳預緊力確認，提高了電主軸最佳預緊力分析的效率。因此，本發(fā)明可提高電主軸最佳預緊力分析的精準度及效率。