[发明专利]一种高精度的机床主轴回转系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种高精度的机床主轴回转系统及控制方法，属于机床重要零部件加工领域。该方法基于一种后支承为滚动轴承，前支承采用液体静压轴承的主轴结构，综合利用主轴前后支承轴承处的回转误差，通过对前轴承处的轴心运动进行振幅与相位的有效控制，改变主轴的运动状态，使前后轴承的径向跳动以主轴外伸端，通常为加工位置的回转精度为目标，实现前后轴承处轴心运动相位和振幅的合理匹配与合成。本发明通过上述方式，极大地提高主轴加工位置处的回转精度。

技术领域

本发明属于机床重要零部件加工领域，具体是一种高精度的机床主轴回转系统及控制方法。

背景技术

精密超精密机床是国防工业、航空航天工业及光学仪表工业中精密零件的重要加工装备，机床主轴是精密超精密机床的核心功能部件，用于带动工件(车床)或刀具(镗铣床)旋转，实现精密超精密加工。液体静压主轴以其高回转精度、高动态刚度、高阻尼减振性和长寿命等优点，在精密超精密机床领域获得广泛应用。

在精密、超精密加工领域，主轴-刀具系统的回转精度与切削深度在同一个数量级，主轴-刀具系统的回转精度就成为阻碍微细加工精度提高的最大障碍。而提高主轴-刀具系统的回转精度最直接的办法就是大幅度降低主轴、轴承、刀具系统等的制造、装配等的误差，但是极端的加工和装配精度带来的是极高的成本。如何在较低的加工精度及装配精度的情况下，提高主轴回转精度是本领域亟待解决的技术问题。

现有的大多数技术都是仅针对轴承支承位置的回转误差进行了研究，都没有把前后支承轴承的回转误差结合起来考虑，也没有把主轴上加工位置的回转误差作为最终目标，所以对于工件的加工精度而言，现有技术对回转误差的控制是相对片面的。

发明内容

为了解决现有技术中，存在的技术问题，本发明提供了一种高精度的机床主轴回转系统及控制方法，综合利用主轴前后轴承处的回转误差，实现主轴前端加工位置处回转精度的提升。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提出了一种高精度的机床主轴回转系统，包括主轴，主轴的前支承采用静压轴承，后支承采用滚动轴承，所述的静压轴承的油腔的压力由高频响可变节流器主动控制，在靠近主轴后支承、前支承处以及主轴前端的加工位置处分别安装一组位移传感器，所述一组位移传感器包含两只位移传感器且在竖直(y)与水平(x)方向上垂直布置；三组位移传感器输出端连接至信号处理器输入端，信号处理器输出端连接至控制器输入端，控制器输出端连接至高频响可变节流器。

第二方面，本发明基于上述的高精度的机床主轴回转系统，提出了一种控制方法，包括如下步骤：

步骤1：进行后支承(滚动轴承)处主轴振幅以及相位的测量分析，得出其振幅相位的变化规律,并记录相关数据；

步骤2：基于步骤1记录的数据并结合主轴加工位置综合回转误差传递模型设计能够调整前支承(静压轴承)处主轴振幅与相位的控制算法；

步骤3：信号处理器对各位移传感器的测量结果进行处理，并将处理结果作为输入送至控制器，由控制器进行运算，结合主轴前端即加工位置处的目标精度，得到相应的控制量，并输出至高频响可变节流器，对前支承(静压轴承)处主轴振幅以及相位进行调整使其与后支承(滚动轴承)处振幅相位相匹配；

进一步的，还包括步骤4，步骤4中，检测主轴前端即加工位置处的回转精度，验证是否达到了精度要求，如已达到，则采用当前控制算法，如未达到，则修改算法，直到满足回转精度。

本发明的有益效果如下：

本发明提供了一种提高机床主轴回转精度的方法，使用该方法可以综合利用前后支承处主轴回转误差，通过对前支承(即静压轴承)处主轴振幅与相位进行调整，与后支承(即滚动轴承)处振幅与相位相匹配，提高主轴加工位置处的回转精度。另外，本方法不需要在主轴、刀架或工作台上附加复杂的补偿执行机构，不需要过分依赖于主轴部件的加工精度，能够以较低的成本实现较大的精度提升。