[发明专利]电主轴半主动振动控制试验台架、系统及电主轴控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电主轴振动控制技术，尤其涉及电主轴半主动振动控制试验台架、试验系统以及电主轴振动控制方法。

背景技术

电主轴部件是精密、超精密机床主要动力源，直接参与切削加工，对机床的加工精度、表面质量和生产效率影响巨大。随着电主轴转速的提高，电主轴运行时离心力越来越大，电主轴上(包括刀具)任何地方极小的不平衡就会产生很大的离心力。电主轴上的不平衡、刀具不平衡、外部干扰、刀具接杆制造及安装精度等因素会造成的电主轴不平衡振动，这种不平衡振动不仅直接影响机床的动态精度和加工质量，而且还会导致机床生产效率下降、刀具磨损加剧，甚至直接导致机床故障和缩短机床的使用寿命。高速电主轴振动主要包括弯曲振动和扭转振动两种形式，如何有效抑制高速电主轴的弯曲振动和扭转振动已成为振动工程领域亟需解决的热点问题。

当前，高速电主轴振动控制主要采取两种措施予以解决。第一种措施是在结构设计阶段，采用高速精密轴承技术、精密加工和装配技术、高精度动平衡技术、润滑与冷却等措施，以保证高速主轴具有良好的动态性能和热态性能；第二种措施是在运行阶段，采取一系列振动被动控制技术来抑制电主轴振动或提高高速电主轴的动刚度性能。第一种措施由于受自身技术水平的限制，仅仅通过在设计阶段采取这些措施并不能获得满意的效果，无法解决机床加工过程中出现的电主轴振动问题，这主要是因为在机床加工过程中，引起高速电主轴振动的影响因素多，加工制造及装备阶段形成的系统误差和随机误差无法予以消除。第二种措施通常采用动态特性分析技术，利用隔振器进行机床轴承基座、工作台基座和整机基座等关键部件振动抑制。尽管近几十年来，随着振动新理论和隔振材料的不断发展，各种新型隔振器相继出现，但基于隔振器的振动被动控制方式固有缺陷使其无法有效抑制或消除机床振动噪声。另外，随着加工精度要求的不断提高以及机床的电主轴振动的复杂性，特别是对于精密和超精密加工机床，振动被动控制技术已经很难满足机床隔振、减振的要求。所以，现有技术无法有效的抑制电主轴的弯曲振动和扭转振动，进而，确保电主轴的平衡振动。

另外，在通过试验获取如何控制电主轴的弯曲振动和扭转振动方面，目前的技术是通过电动机连接减速装置，将减速装置连接电主轴，进而，获得电主轴的转动，但是，由于减速装置的设置，电主轴的转动无法实现高速转动。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术无法有效抑制电主轴的弯曲振动和扭转振动的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种电主轴半主动振动控制试验台架，该台架包括支架、电主轴、转子、定子、运动发生装置、至少一个用于控制电主轴弯曲振动的弯曲振动磁流变减振器、至少一个用于控制电主轴扭转振动的扭转振动磁流变减振器、至少二个位移传感器、磁粉制动器和应变片，其中，所述电主轴通过轴承连接于所述支架；所述定子与运动发生装置连接，由运动发生装置控制而产生磁场；所转子与电主轴连接，转子和电主轴共同切割定子产生的磁力线而同步相对于定子转动；所述至少二个位移传感器中，一部分位于水平方向，测量电主轴在水平方向的位移；另一部分位于竖直方向，测量电主轴在竖直方向的位移；所述磁粉制动器与电主轴连接，产生作用于电主轴的反扭力矩；所述应变片安装于电主轴上，测量电主轴的扭转角度；所述至少一个扭转振动磁流变减振器与所述电主轴连接；所述至少一个弯曲振动磁流变减振器与所述电主轴连接。

可选地，所述扭转振动磁流变减振器包括左端盖、右端盖、深沟轴承、摩擦片、二个O型圈、二个线圈、二个绕线套、二个外壳；其中，所述右端盖与深沟轴承连接；所述深沟轴承与所述电主轴连接；所述摩擦片连接于电主轴的端部，与电主轴同步转动；所述左端盖和右端盖扣合而构成具有两个开口的空腔，该空腔容纳所述摩擦片，该空腔与电主轴之间的间隙设置有油封；每一个O型圈、每一个线圈和每一个绕线套位于一个开口内，密封磁流变液和所述摩擦片于所述空腔内；所述外壳密封位于一个开口内的O型圈、线圈和绕线套，并与所述左端盖和右端盖锁接在一起。