[发明专利]一种机床主轴集成监测环装置

说明书

技术领域

本发明属于机床主轴监测技术领域，具体涉及一种监测机床主轴振动径向位移、轴向位移、轴承振动加速度、轴承温度以及主轴回转精度的一种机床主轴集成监测环装置。

背景技术

高精密机床由于高转速、高精度、高效率和高柔性而在机械加工领域中应用越来越广泛，给现代制造业增添了强劲的动力，是国民经济的重要基础装备。高精密机床自动化程度高，价格昂贵，结构复杂，一旦由于故障或部件失效而停车，将造成巨大经济损失。主轴系统是机床最关键的部件，它通过刀具直接参与机床的切削加工，其动态性能的好坏对机床的切削抗振性、加工精度及表面粗糙度均有很大的影响。因此有必要考虑设计可靠合理的主轴监测系统，实现对主轴工作状态的监测。

如今几乎所有高速旋转的主轴都按标准配置了传感器，用以测量轴承部位的温度，部分机床还在主轴头上配置了轴向和径向移位传感器，在轴承部位装配了振动传感器。瑞士DIXI公司的最新电主轴集中配备了多个传感器，将加速度传感器和温度传感器安装在主轴套筒上开出的周向槽内，可以近距离测量主轴轴承附近的加速度并实时监控主轴轴承的冷却油温度。德国联邦科研部BMBF的ISPI智能主轴单元项目在两条试验主轴上安装了许多传感器和执行器，以便用传感方式采集主轴的临界工作状态。但是这些传感器大多是分散安装的，集成性不高，因此可能会影响监测结果的可靠性。马萨诸塞大学研制的开放式构架的在线主轴健康监测系统将传感器布置在主轴的外壳处，虽然实现容易，但是使传感器远离信号源，不可避免地会使温度、振动信号在传递到传感器的过程中发生衰减、干扰和畸变。国内上海交通大学提供数控机床加速度和温度测量的解决方案，但是其安装方式仍为在主轴外壳打多个工艺孔或磁性吸附的方法，在集成度和可靠性方面还有待于进一步提高。浙江大学采用智能温度传感器和高精度激光位移传感器分别测量数控机床主轴相关部分的温度和主轴的热变形，其传感器分散布置在主轴前后轴承端盖和主轴外壳法兰上，安装位置受机床类型的限制且有可能与加工工件干涉，影响机床的加工能力。中南大学的数控机床故障诊断和预报系统分别在主轴轴承上方布置振动传感器、在主轴轴端和主轴靠近齿轮处布置温度传感器、在主轴轴端布置速度传感器来测试主轴运行工况，这种布置集成效果不明显，可靠性不高。

总体来看，国内外对于机床主轴的实时测量都很重视，根据实际情况设计了多种测量方案，但是，目前机床主轴监测系统主要存在以下问题：

1、分散布置传感器，需要在主轴上开孔或槽，会影响主轴动静刚度；

2、传感器位置离信号源距离较远，振动信号容易发生衰减和失真，导致测量数据不能有效地反映主轴的实际运行状态。

3、传感器安装于主轴外部，安装位置受限制。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种机床主轴集成监测环装置，可以克服现有机床主轴监测系统分散布置传感器影响主轴动静刚度或传感器位置距离信号源较远而导致的振动信号衰减和失真等问题，实现机床主轴运行状态的实时在线监测。

为了达到以上目的，本发明采取如下技术方案予以实现的：

一种机床主轴集成监测环装置，包括支撑主轴1的角接触轴承2，角接触轴承2中设置有内圈隔套3和外圈隔套4，其特征在于，外圈隔套4径向上沿着圆周方向靠近内圈隔套3处布置有三个电涡流位移传感器5，外圈隔套4轴向上设置有一个电涡流位移传感器5，外圈隔套4的外沿设置有加速度传感器6和温度传感器7。

所述的内圈隔套3和外圈隔套4外形呈一端具有轴肩的套筒。

角接触轴承2中的内圈隔套3在机床主轴1运行过程中随主轴1旋转，因此可以作为主轴径向振动位移的测试基准；将内圈隔套3由原先单一的套筒形式改为一端具有轴肩的套筒，以轴肩端面作为轴向窜动测试基准；角接触轴承2中的右轴承外圈作为角接触轴承2的振动加速度以及角接触轴承2的温度的测试基准。

本发明与现有机床主轴监测装置相比，具有以下优点：

1、通过在外圈隔套4上集成布置测试传感器，无需在主轴上开孔或者切槽，不会影响主轴动静刚度。

2、测试传感器位置距离测试对象主轴1和角接触轴承2位置很近，测试信号衰减和失真程度大大降低，测试结果能够更加有效的反映主轴的实际运行状态。

3、集成监测环集中布置了主轴径向振动位移传感器、主轴径向振动位移传感器、轴承振动加速度传感器、主轴温度传感器，可以同时监测主轴运行的多个状态参数，显著提高主轴监测的集成度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是图1的A-A向剖视图。

图3是内圈隔套3和外圈隔套4的示意图。