[发明专利]一种针对空气静压主轴的检测补偿控制系统

说明书

本发明公开了一种针对空气静压主轴的检测补偿控制系统，该系统包括主轴转子、径向轴承、轴承外壳、径向轴承进气口、止推轴承和止推轴承进气口，空气经过径向轴承进气孔和止推轴承进气孔进入节流孔和气腔，在主轴转子和轴承套之间形成一层薄薄的气膜，主轴转子在转动过程中几乎不产生摩擦。设有1个空气静压主轴系统、4个电容传感器、4个压电致动器和PC机；所述4个电容传感器成轴中心对称分别固定在空气静压轴承外壳体上，4个压电致动器成轴中心对称分别嵌在空气静压主轴的4个弹性槽内，电容传感器检测单元和压电致动器控制单元分别与PC机连接，由PC机端接受振动信号并对压电控制器驱动，从而实现对空气静压主轴的实时检测补偿控制。

技术领域

本发明涉及一种主轴振动检测补偿系统，尤其是涉及一种针对空气静压主轴转子振动的检测补偿控制系统。

背景技术

在空气静压主轴系统中，主轴转子是空气静压主轴的重要组成部件，转子的运行状态在极大程度上决定了加工工件的质量和精度。在工件加工过程中，主轴转子的振动及回转误差是衡量主轴性能和加工精度的重要指标。主轴转子振动的变化对工件质量及次品的产生概率有着直接的影响，因此对空气静压主轴在运行过程中转子振动进行检测，进而补偿转子偏移，对应提升加工质量及空气静压主轴的性能有重要的意义。

在空气静压主轴加工过程中，对于主轴振动的检测多采用高速信号采集硬件设备，利用信号分析工具，对主轴工作振动情况进行监测。目前，针对空气静压主轴转子振动控制方法主要是集中在设计阶段的结构对称、切削力载荷、热变形和离心力等方面，尚且没有一种简单有效合理完备的空气静压主轴转子振动检测补偿控制系统。

发明内容

本发明的目的针对空气静压主轴加工过程中转子不平衡振动，振动检测及补偿控制系统，提供一种对主轴转子在线实时检测及补偿控制系统，实现在主轴转子运行过程中不平衡振动的精确检测及补偿控制，同时达到提高加工质量和为空气静压主轴工作性能提高提供参考依据。

本发明设有1个空气静压主轴系统、4个电容传感器、4个压电致动器和PC机；所述4个电容传感器呈轴中心对称分别固定在空气静压轴承外壳体上，4个压电致动器呈轴中心对称分别嵌在空气静压主轴的4个弹性槽内，电容传感器检测单元和压电致动器控制单元分别与PC机连接，由PC机端接受振动信号并对压电控制器驱动，从而实现对空气静压主轴的实时检测补偿控制。

本发明所述电容传感器是一种结构简单、温度稳定性好、动态响应好、灵敏度高位移传感器，具有实时检测空气静压主轴转子振动位移的功能。

本发明所述压电制动器利用压电陶瓷所具有施加电压发生变形(伸长、收缩)的特性，控制空气静压主轴动压轴承弹性槽的变形，从而改变转子的振动位移，具有实时补偿转子不平衡位移的功能。

所述PC机具有电信号处理和控制计算功能。

本发明具有以下突出优点：

1)结构简单。将压电致动器嵌于空气静压主轴内部，直接对主轴转子进行控制，克服了传统的通过反馈系统得到信号再对电主轴设计控制器的复杂过程。

2)实时精确检测补偿控制。PC机收到电容传感器检测到的振动信号后，控制压电致动器伸缩，使空气静压主轴动压轴承弹性槽变形，楔形槽内产生的气动力推动主轴转子归位，实现主轴转子振动的实时检测补偿控制。

3)精度、稳定性和可靠性更好。电容传感器能感应0.01μm甚至纳米级的位移，压电致动器的驱动分辨率可以精确到纳米级别，检测和补偿器件极高的分辨率、PC机快速的计算能力为空气静压主轴控制系统的高精度、稳定性和可靠性提供了保障。

附图说明

图1为本发明实施例中空气静压主轴整体结构示意图。

图2为本发明实施例中空气静压主轴径向轴承局部示意图。

图3为空气静压主轴止推轴承局部示意图。