[发明专利]集成三维振动主动控制功能的高速高精密电主轴

说明书

本发明涉及电主轴技术领域，具体公开了集成三维振动主动控制功能的高速高精密电主轴，包括主轴本体和壳体，还包括作动器、径向位移传感器、轴向位移传感器和处理器，作动器包括径向控制绕组和轴向控制绕组，径向控制绕组和轴向控制绕组均以非接触形式设在主轴本体外周；处理器用于接收径向位移传感器和轴向位移传感器测量得到的主轴本体三维振动信号，并经过处理器实时计算后，指导作动器对主轴本体施加轴向控制力和径向控制力，从而抑制主轴本体的三维振动。本方案通过非接触的作动器和位移传感器的设置，实现了对主轴本体三维振动的实时监测并达到了对三维振动进行实时抑制的目的，提高了电主轴的加工精度，有利于高速电主轴的高精密加工。

技术领域

本发明涉及电主轴技术领域，具体是集成三维振动主动控制功能的高速高精密电主轴。

背景技术

高速精密电主轴作为现代机床的标志性功能部件,几年来得到迅速的发展和完善,目前在车、铣、磨等各种加工机床都已有应用，在高档加工中心更是首选部件，在电主轴进行机加工的过程中会产生振动，而因电主轴经常需要加工复杂零部件，也使得电主轴的振动具有复杂性，而高速电主轴复杂的振动特性将直接影响刀具的运动轨迹，引起加工表面误差。

虽然国内部分主轴生产企业已经具备专业的设计及工艺技术水平，拥有完善甚至先进的电主轴零部件加工设备，但单单采用提高电主轴零部件的加工精度、装配精度等手段来改善高速电主轴的动力学行为和加工表面精度，将受到生产成本、技术瓶颈等诸多因素的限制；包括使用进口电动机和轴承生产的国产高速电主轴，其综合性能也不尽如人意。总之，发展高精密、高可靠性的高速电主轴任重而道远。

现有技术中“振动主动控制理论与技术”提出了采用主动干预手段来减小主轴振动响应进而提高加工表面精度的发展思路，即应用在线监测技术测量主轴的振动响应作为反馈信号，经过振动主动控制算法实时计算，进而驱动作动器抑制主轴振动从而提高加工表面精度。

当前国内外文献主要针对电主轴的径向振动进行主动控制，如采用传感器监测主轴径向振动情况，再利用柔性支承结构保证控制力可以作用在主轴上，但是这样一来还是存在一些问题，如电主轴的振动往往不仅仅是简单的径向的振动，仅仅对径向进行监控和处理并不全面；此外采用柔性支承结构对主轴施加外力一方面会影响主轴自身的运动，而要使得该支承结构对主轴影响小则又使得支承结构安装难度和制造难度都增大。

发明内容

本发明意在提供集成三维振动主动控制功能的高速高精密电主轴，以解决现有技术中电主轴的振动仅仅实现了径向监测而导致对振动的监测和控制不全面的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案如下：

集成三维振动主动控制功能的高速高精密电主轴，包括主轴本体和壳体，主轴本体转动连接在壳体上，还包括作动器、径向位移传感器、轴向位移传感器和处理器，作动器包括径向控制绕组和轴向控制绕组，径向控制绕组、轴向控制绕组、径向位移传感器和轴向位移传感器均与处理器电连接；径向控制绕组和轴向控制绕组均固定在壳体上，且径向控制绕组和轴向控制绕组均以非接触形式设在主轴本体外周；径向位移传感器和轴向位移传感器均布设在主轴本体外周，径向位移传感器用于采集主轴本体的径向位移信号，径向位移传感器包括前径向位移传感器和后径向位移传感器，前径向位移传感器和后径向位移传感器的连线与主轴本体的轴向平行；轴向位移传感器用于采集主轴本体的轴向位移信号；处理器用于在前径向位移传感器采集到的径向位移信号发生变化时，控制径向控制绕组给主轴本体施加径向控制力；处理器用于在前径向位移传感器和后径向位移传感器采集到的径向位移信号发生变化时，控制径向控制绕组给主轴本体施加径向控制力；处理器用于在轴向位移信号发生变化时，控制轴向控制绕组给主轴本体施加轴向控制力。

相比于现有技术的有益效果：