[实用新型]一种高速铣削电主轴切削颤振的主动抑制装置

说明书

技术领域

本实用新型属于高速铣削技术领域，更具体地，涉及一种高速铣削电主轴切削颤振的主动抑制装置。

背景技术

随着航空、航天、汽车等工业的发展，超高速自动化加工已成为机械加工的发展趋势，这对数控加工机床主轴轴承的要求越来越高。目前，国内外数控机床电主轴支承轴承主要有动/静压轴承、陶瓷轴承和磁悬浮轴承等。动静压轴承由于受到轴承内滚动体表面速度的限制，无法达到期望的超高转速；相比而言，陶瓷轴承可将转速提高20％～30％，但轴承的寿命较短，最多仅有数千小时。

随着计算机、自动控制和微电子技术的发展，一种全新的机电一体化轴承—磁悬浮轴承应运而生。该类型轴承可实现对转子的无接触支承，故可将主轴转速提高到5000～80000r/min，且可实现上万小时的长寿命服役。但高速加工易出现颤振现象，严重影响切削效率、加工表面质量和刀具/机床的寿命。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种高速铣削电主轴切削颤振的主动抑制装置，旨在解决现有技术中高速加工过程中易出现的严重影响切削效率、加工表面质量和刀具/机床寿命的颤振现象。

本实用新型提供了一种高速铣削电主轴切削颤振的主动抑制装置，包括磁悬浮轴承铣削电主轴、变频器、磁悬浮轴承控制器和信号辅助处理部件；所述磁悬浮轴承铣削电主轴安置于铣床上，用以加工工件及抑制颤振；所述变频器与所述磁悬浮轴承铣削电主轴的电机相连，用于驱动所述电机旋转及控制其启停；所述磁悬浮轴承控制器通过控制主轴内部的径向磁悬浮轴承以产生抑制主轴振动的磁场力；所述信号辅助处理部件用以对铣削加工过程中上述各器件之间传递的信号进行调理。

其中，磁悬浮轴承铣削电主轴包括电机、两个径向磁悬浮轴承、两个轴向磁悬浮轴承、两个辅助轴承、转子、刀柄和冷却部件；所述电机位于主轴中部，冷却部件紧靠主轴电机，两个径向磁悬浮轴承位于电机两侧，两个辅助轴承分别与两个径向磁悬浮轴承紧靠在一起，两个轴向磁悬浮轴承位于主轴末端，即远离刀具一侧，且位于两个径向磁悬浮轴承以外，转子位于主轴中心，贯穿于整个主轴，刀柄则位于主轴前端。

其中，所述信号辅助处理部件包括径向位移传感器、轴向位移传感器，滤波器，第一功率放大器和第二功率放大器；两个径向位移传感器分别紧靠两个径向磁悬浮轴承安置，一个轴向位移传感器则紧靠两个轴向磁悬浮轴承安置，上述三个位移传感器的输出端与滤波器相连，滤波器的输出端连接在第一功率放大器的输入端，第一功率放大器的输出端连接在控制器的第一输入端，控制器的第二输出端与第二功率放大器的输入端相连，第二功率放大器的输出端连接到两个径向磁悬浮轴承与两个轴向磁悬浮轴承的输入端。

其中，所述径向位移传感器和所述轴向位移传感器均为电感式位移传感器。

其中，所述信号辅助处理部件还包括连接在第一功率放大器与磁悬浮轴承控制器之间的AD信号转换电路，以及连接在磁悬浮轴承控制器与第二功率放大器之间的DA信号转换电路。

其中，工作时，通过变频器驱动所述电机带动主轴旋转，并在两个径向磁悬浮轴承的支承下实现主轴的悬浮；两个径向位移传感器通过滤波器、第一功率放大器与磁悬浮轴承控制器相连，在主轴高速旋转时，当刀具端发生颤振，径向位移传感器将检测到的颤振信号送到磁悬浮轴承控制器中进行处理，磁悬浮轴承控制器用于与主机PC相连，在主机中显示主轴的振动位移，并将控制信号发送到磁悬浮轴承控制器中，经磁悬浮轴承控制器处理后的输出信号传递给第二功率放大器，第二功率放大器的输出电流与径向磁悬浮轴承相连，通过改变其内部线圈的电流大小和方向从而产生相应的磁场力以抑制主轴的颤振。

本实用新型可以大幅提高主轴-刀具系统的动态刚度和阻尼，从而抑制了颤振的发生，提高了切削加工的效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的基于磁悬浮轴承铣削电主轴的用于主动抑制颤振的模块结构示意图；

图2为验证本实用新型实施例的有效性而提供的基于磁悬浮轴承的用于模拟产生切削颤振的模块；

图3为本实用新型实施例提供的高速铣削电主轴切削颤振的激励模拟和主动抑制装置结构示意图；