[发明专利]一种可控空气静压径向轴承系统

说明书

本发明公开了一种可控空气静压径向轴承，涉及空气静压主轴工作过程中振动的检测、控制系统。设有1个空气静压主轴系统、4个压电陶瓷、4个电涡流传感器以及上位机；4个压电陶瓷通过装夹装置安装在轴承外壳上，另一端作用于轴瓦上，弹性支撑装置布置在轴承两端的轴瓦与外壳间隙部分，4个电涡流传感器两两一组垂直分布在主轴两端，电涡流传感器就收到振动信号，通过上位机转化为相应的控制电压信号作用于压电陶瓷，压电陶瓷产生相应位移推动可移动轴瓦挤压气膜产生气膜力抑制主轴振动。

技术领域

本发明涉及一种新型可控空气静压径向轴承，尤其是一 种针对减少空气静压主轴转子径向振动的可控空气静压径向轴 承。

背景技术

空气静压主轴具有工作精度高、产热低、摩擦小等优点， 可用于精密与超精密加工领域。但由于空气静压主轴系统的润滑 介质为空气，也使得空气静压主轴存在承载力、刚度较低的缺点。 因此空气静压主轴在运行过程中容易受到外部载荷、自重等激振 力的影响从而产生不必要的振动，造成空气静压主轴加工精度降 低，工件成型质量不理想。因此使用某种测控技术即在检测主轴 振动的同时，利用执行元件对主轴的振动进行抑制是很有必要的。 利用该技术可以有效地控制主轴的加工精度在理想范围内，并提 高工件成型质量。

空气静压主轴的径向振动可通过高速信号采集系统进 行测量，如用于测量主轴回转误差的美国雄狮Lion回转误差测 试仪。而对于抑制主轴振动的研究，更多的是从优化主轴系统的 结构、刀具与主轴的接触力关系等方面进行，而利用控制系统驱 动执行器对主轴振动进行抑制的研究则并不是很完备，因此设计 一种有效地控制主轴振动的设备是非常有意义的。

发明内容

本发明的目的针对在实际工况中由于受到外部激振力 以及自重影响下从而产生不平衡振动的空气静压主轴，本系统包 含振动检测以及构成力闭环反馈的位移补偿功能，能够对主轴产 生的振动位移进行实时监控并加以补偿，从而对主轴的振动进行 抑制，有效地提高主轴加工精度以及工件的成型质量。

本发明设有1个空气静压主轴系统，其中系统中主要 包括由空气压缩机、进气阀、干燥器、储气罐、粗滤器、流量控 制阀、精滤器构成的供气装置、主轴转子、1个止推轴承、1个 可控空气静压径向轴承以及一个传统的空气静压径向轴承组成， 4个电涡流传感器、4个压电致动器和上位机系统；所述的止推 轴承通过螺栓连接作用在主轴中部、传统空气静压径向轴承通过 螺栓连接进行固定，作用于主轴后半部分、新型可控空气静压径 向轴承同样通过螺栓连接进行固定作用于主轴前半部分，轴承内 部的轴瓦则通过弹性支撑连接到轴承外壳上、4个电涡流传感器 两个为一对分别垂直布置在主轴两端，4个压电致动器沿圆周均 匀分布并嵌入到空气静压径向轴承内部，由特殊制作的夹具固定 到轴承外壳上，另一端则作用到可移动轴瓦上，同时电涡流传感 器的检测系统和压电致动器的控制系统与上位机相连，当上位机 系统接收到振动位移信号的同时，对压电致动器施加控制信号，从而驱动压电陶瓷推动轴瓦挤压气膜产生相应的气膜力有效地 抑制主轴的振动。

本发明所述电涡流传感器是一种非接触式的线性化计 量工具，具备灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强、长期工作 可靠性好的特点，能够实时监测空气静压主轴的振动位移。

本发明所述压电制动器则是利用了压电陶的压电特性 (将电能转化为机械能进行伸缩)，从而驱动压电陶瓷推动轴瓦 挤压气膜产生相应的气膜力有效地抑制主轴的振动。

所述上位机系统具有获取电涡流传感器振动位移信号 以及输出控制电压信号的功能。

本发明具有以下突出优点：

1)控制范围广，适用性强。空气静压径向轴承内部轴 瓦的直接移动，有效地增加了被控元件同气膜的接触面积，从而 有效地提高了控制力的范围，使得主轴在受到不同形式的激励信 号时，该结仍能有效地减少主轴的振动位移，具有较强的适用性。