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图3-9 电磁铁加载示意图
电磁铁的外围用铝制造，防止磁力线对检测设备和电主轴的干扰。铁芯材料选用1J22软磁合金，1J22软磁合金具有高饱和的磁感应强度、高居里点和高磁致伸缩系数。电磁铁后面连接在型号为CPR24的S型拉压力传感器，传感器通过CXSE增强型单输入通道仪表与PC机相连，通过编写的程序，实时检测和控制磁力大小。电磁铁设计完成后，对电磁铁进行标定，建立电流和力的关系[13]，最终通过电流大小控制电磁吸力。电磁铁的整体结构如图3-10所示。
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图3-10 电磁铁结构示意图
1支撑底座 2 S型拉压力传感器 3 连接块 4 铝座 5 挡块（深蓝色） 6 漆包线圈（黄色） 7 U型铁芯 8铝座盖 铝座4内部有与铁芯7大小相同的U型槽，挡块5将铁芯固定在铝座内。通过铝座4和铝座盖8将线圈6包围起来，放置漏磁对电主轴和检测元件的影响。铝座4通过连接块3与S型拉压力传感器2相连接，连接方式为螺栓联接。最后通过螺栓将S型拉压力传感器2固定到底座1上面
当电磁铁的工控机给以加力信号，线圈中通过直流电流，铁芯将被磁化，对导磁体产生电磁吸力。S型拉压力传感器受拉力，能将电磁铁产生的电磁吸力信号实时检测出来，通过放大处理，将信号反馈到工控机，与加力信号相比较，实现闭环控制。
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第4章 检测控制系统设计
第4章 检测控制系统设计
做电主轴的可靠性试验，需要在加载状态下实时监测电主轴的运行状态，收集故障数据，就需要设计一套性能检测系统。电主轴是高速轴承技术、动平衡技术、润滑技术冷却技术、精密制造与装配技术以及电机高速驱动等技术的综合运用，上述任何一项技术失效，电主轴将无法运行。主轴温升、轴承温升大小反映了其轴承质量、冷却装置的优劣，主轴和轴承的温升可以体现在前轴承端盖上，因此可以检测前轴承端盖的温度来间接检测主轴和轴承的温升。电主轴的速度和转矩反映了其电机高速驱动装置的性能。其支承轴承、精密制造与装配技术的水平又决定了电主轴的回转精度，轴向热伸长，径向跳动，主轴的动静刚度、主轴的振动烈度等性能。噪声是主轴各方面性能的综合体现。所以实时检测这些参数对预防故障，分析故障，提高主轴的可靠性具有重要意义。 检测项 转速 转矩 前端温度 轴向位检测指标 最高转速30000r/min 最大转矩0~9.15Nm 传感器 霍尔式速传感器 电阻应变式拉压力传感器 运行4小时后外壳温升?25℃ JWB/C型温度传送器（WZC型） 技术标准 移 径向跳技术标准 电涡流传感器 （RP6600/6600XL系列） 动 机壳振动 ?2mm/s （30000r/min时） 电涡流传感器 （RP6600/6600XL系列） 一体化速度振动变送器 吉林大学本科毕业设计说明书
噪声 30000r/min运行时噪声?80db（A） BR-N201智能噪声仪 表4-1 电主轴可靠性试验台检测项及相应的传感器
电主轴可靠性试验台的检测控制系统的检测项如表4-1所示，各个检测项的检测方法一一陈述。
第1节 转速转矩检测
电主轴转速转矩的测定即电主轴的负载特性试验，主要使电力测功机的负载在（1.5～0.25）倍的额定功率范围内变化，并测量相应的转速与转矩。电主轴的调速负载特性表达电主轴在整个调速范围内输出转矩及输出功率的特性曲线，是电主轴的重要性能指标，它反映了高速驱动系统的性能。检验电主轴在额定运行情况下的主要技术性能是否满足有关技术标准所规定的值的要求。
检测转速是采用的霍尔式速传感器，转矩采用的是电阻应变式拉压力
传感器，其安装方式如图4-1。
1轴承座 2联轴器 3转矩转速传感器 4联轴器 5电机 6平板
图4-1 转速转矩检测方案
第2节 温度检测
电主轴的定子、转子的铁损和铜损等, 不仅消耗了能量, 且最终还成为热量散发出来。由于旋转交变磁场的作用, 在定子铁芯中产生磁滞损耗和涡流损耗，这将要产生大量的热。虽然有相应的冷却系统，带走了大量的热量，若冷却系统出现故障，温度将迅速上升，检测到温度上升就马上停止电主轴的运转。另外轴承在高速运转下由于摩擦产生大量的热，且发热集中，散热困难，所以良好的润滑系统是保证轴承可靠性的前提。系统的温升越高，零配件的热变形就越大，将严重影响主轴的精度。检测主轴的温度，是采用的是JWB/C型温度传送器（WZC
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型）。
JWB/C型温度传送器在温度传感器的接线盒内安装了变送模块，变送
模块选用专用芯片进行放大和线性化处理，提高了传感器测量精度，冷端无需补偿，负载能力大，传输距离远，抗干扰能力强。本实验选用的电主轴要求主轴在运行4小时后外壳温升?25℃，通过软件控制，当温度超过25℃时，停止电主轴的运行。温度传感器的安装方式如图4-2。
电主轴 温度传感器
图4-2 温度传感器安装位置
第3节 轴向位移和径向跳动检测
数控机床主轴的回转运动误差是影响数控机床加工精度的重要因素之一，它直接影响到加工零件的表面质量、粗糙度及形状精度。主轴回转精度作为机床或仪器轴系工作性能的重要指标，是影响测量精度和精密加工的主要因素，主轴回转误差，是评定机床和仪器精度的主要工作。随着对机械制造精度和效率的不断提高，现代机械制造已向精密和超精密的方向发展，相应的检测精度也向更高精度挺进，检测方法从静态测量转变为动态在线检测。高速电主轴的轴向热伸长及径向振动直接影响刀具的位置，从而造成加工误差。如何快速、准确、简便的测量高速电主轴的热变形量和振动量对研究电主轴动态特性和发展智能电主轴极其重要。在位置精度要求极其高的情况下，为保证高速电主轴工作的稳定性，在主轴高速运行过程中，采用非接触式RP6600/6600XL系列电涡流位移传感器对轴向位移和径向振动进行非接触实时测量，实现对高速电主轴的在线监控。 3.1 电涡流传感器工作原理及特性
电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优
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