專利名稱：預緊力可控智能化高速加工電主軸的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于數(shù)控機床高速加工主軸單元裝備，屬于機電一體化設備制造的技術領域。
背景技術：
高速加工電主軸粗加工時，切削速度低、但切削量大，刀具切削激振力大，要求電主軸輸出大轉矩，此時電主軸系統(tǒng)要求有較大的預緊力，以增大支承剛度和支承阻尼，來抵抗大激振力帶來的受迫振動和由于工件切削過程有可能導致自激振動；精加工時，切削速度高、但切削量小，要求電主軸輸出大功率，由于滾動軸承隨轉速的升高，其溫度將大幅度攀升，此時希望在滿足主軸系統(tǒng)動力學特性要求的前提下，盡量降低軸承的預緊力。
目前傳統(tǒng)型電主軸的定壓預緊力的大小是兼顧低速大轉矩和高速大功率兩方面因素而綜合確定的，它明顯的缺點是對于低速段，預緊力偏小，系統(tǒng)抵抗受迫振動與自激振動能力較弱，往往表現(xiàn)出工件已加工表面殘留的振紋較大；對于高速段，預緊力又偏大，軸承溫升偏高，制約了電主軸高速化，縮短了軸承的使用壽命，降低電主軸回轉精度。

發(fā)明內容
技術問題針對目前傳統(tǒng)型電主軸振動控制與預緊力設計中存在的問題，本發(fā)明提出一種預緊力可控智能化高速加工電主軸，這是一種彈性元件與液壓作動器混合預緊方式的新型電主軸，通過電主軸的預緊力智能化可控，以獲得在低速大轉矩段與高速大功率段整個工作轉速范圍內的動力學品質優(yōu)良的電主軸。
技術方案本發(fā)明所采用的技術方案是用彈簧-液壓混合預緊力作動器，代替?zhèn)鹘y(tǒng)型電主軸彈簧單一預緊施力方式；建立電主軸軸向預緊力液壓作動施力機電裝置，其組成元件依次為光電編碼測速傳感器-D/A轉換器-數(shù)字控制器-功率放大器-液壓比例電磁閥-液壓作動器-電主軸滾動軸承等；將軸向預緊力液壓作動施力機電裝置的前端元件光電編碼測速傳感器和主軸端部連接，以測量主軸端轉速，由軸向預緊力液壓作動施力機電裝置控制其末端元件的液壓作動器與電主軸后軸承相連接，以和彈簧并用實現(xiàn)預緊力智能控制。
在結構上，預緊力可控智能化高速加工電主軸由機械部分和電控部分組成，其中機械部分有主軸、電機、滾動軸承、作動器、直線軸承，電控部分有編碼器、單片機、開關功放、比例電磁閥、液壓油站；電機安裝在主軸的中部，主軸的前、后端由滾動軸承支承，主軸后端的滾動軸承支承在直線軸承上，作動器位于主軸后端的滾動軸承上；編碼器為電控部分的信號輸入端，位于主軸前端的側面，將采集的主軸的信號送到單片機處理，比例電磁閥為電控部分的信號輸出端，比例電磁閥通過定壓油路與作動器相接。編碼器的輸出端接單片機的輸入端“P1.1”，單片機的輸出端“P1.3”接開關功放的輸入端“Hin、Lin”，開關功放的輸出端接比例電磁閥，液壓油站的輸出端接比例電磁閥的輸入端。作動器為一個內部設有預緊彈簧的油腔，油腔通過管路與比例電磁閥相連，預緊彈簧的兩端分別頂在直線軸承的兩軸承套上。
通過光電編碼測速傳感器測得電主軸轉子轉速模擬信號，由A/D轉換模塊將模擬信號轉化成數(shù)字信號，輸入單片機控制器，通過查表算法在數(shù)據(jù)存儲器里讀取對應于相應轉速的比例電磁閥控制最佳電流，再通過D/A轉換模塊，將數(shù)字信號轉化成模擬信號，并由功率放大器輸出放大電流，控制比例電磁閥，由液壓油缸(與彈簧預緊并用)給軸承施加軸向預緊力，以實現(xiàn)高速電主軸的最佳預緊力智能化振動控制。
在最高轉速時，使其預緊力由彈性元件提供，當轉速較低時，控制油壓通過液壓油缸活塞(與彈性元件并用)施加預緊力，以達到與轉速相適應的最佳預加載荷值，從而獲得在整個工作轉速范圍內的動力學品質優(yōu)良的新型電主軸單元技術。
本發(fā)明的預緊力可控智能化高速加工電主軸，其工作工作過程為電主軸采用彈性元件與液壓作動器混合預緊方式，借助于測速傳感器-控制器-放大器-液壓作動器-電主軸的預緊力可控開環(huán)系統(tǒng)，在最高轉速時，使其預緊力由彈性元件提供，當轉速較低時，控制油壓通過液壓油缸活塞(與彈性元件并用)施加預緊力，以達到與轉速相適應的最佳預加載荷值，從而獲得在含低速大轉矩段與高速大功率段整個工作轉速范圍內的優(yōu)良動力學品質的電主軸。
益效果通過預緊力智能化控制來抑制主軸振動，突破傳統(tǒng)型高速加工電主軸在低速段預緊力偏小，而高速段預緊力又偏大這一技術難題，可望真正實現(xiàn)高速化、高剛度、高精度、長壽命等四位一體的技術突破。通過電主軸的預緊力智能化可控，以獲得在低速大轉矩段與高速大功率段整個工作轉速范圍內的動力學品質優(yōu)良的電主軸。


圖1是本發(fā)明的預緊力可控智能化高速加工電主軸的總體結構原理圖。
圖2是圖1中電控部分的結構原理圖。
圖3是圖1中作動器部分的結構原理圖。
以上的圖中有主軸1，電機2，滾動軸承3，編碼器4.，單片機5，開關功放6，比例壓力閥7，液壓油站8，作動器9，軸承套9-1，油腔9-2，預緊彈簧9-3，直線軸承10。
具體實施例方式
本發(fā)明的預緊力可控智能化高速加工電主軸采用以下主要部件構成編碼器4采用光電編碼器EPC-755A，美國ENCODER PRODUCTS公司；單片機5采用數(shù)字控制器Intel單片機(8位)，83C51GB，87C51GB；開關功放6采用A/D轉換器ADC0808美國National Semiconductor公司；和D/A轉換器DAC0830系列，美國National Semiconductor公司；比例壓力閥7為PV21-6；功率放大器采用IRF540和MUR820等器件；液壓油站8為東南大學液壓元件廠，DNHY-12型。
機械部分有主軸1、電機2、滾動軸承3、作動器9、直線軸承10，電控部分有編碼器4、單片機5、開關功放6、比例電磁閥7、液壓油站8；電機2安裝在主軸1的中部，主軸1的前、后端由滾動軸承3支承，主軸1后端的滾動軸承3支承在直線軸承11上，作動器9位于主軸1后端的滾動軸承3上；編碼器4為電控部分的信號輸入端，位于主軸1前端的側面，將采集的主軸1的信號送到單片機5處理，比例電磁閥7為電控部分的信號輸出端，比例電磁閥7通過定壓油路與作動器9相接。所述的電控部分的編碼器4的輸出端接單片機5的輸入端“P1.1”，單片機5的輸出端“P1.3”接開關功放6的輸入端“Hin、Lin”，開關功放6的輸出端接比例電磁閥7，液壓油站8的輸出端接比例電磁閥7的輸入端。作動器9為一個內部設有預緊彈簧9-3的油腔9-2，油腔9-2通過管路與比例電磁閥7相連，預緊彈簧9-3的兩端分別頂在直線軸承10的兩軸承套9-1上。
權利要求
1.一種預緊力可控智能化高速加工電主軸，其特征在于該電主軸由機械部分和電控部分組成，其中機械部分有主軸(1)、電機(2)、滾動軸承(3)、作動器(9)、直線軸承(10)，電控部分有編碼器(4)、單片機(5)、開關功放(6)、比例電磁閥(7)、液壓油站(8)；電機(2)安裝在主軸(1)的中部，主軸(1)的前、后端由滾動軸承(3)支承，主軸(1)后端的滾動軸承(3)支承在直線軸承(11)上，作動器(9)位于主軸(1)后端的滾動軸承(3)上；編碼器(4)為電控部分的信號輸入端，位于主軸(1)前端的側面，將采集的主軸(1)的信號送到單片機(5)處理，比例電磁閥(7)為電控部分的信號輸出端，比例電磁閥(7)通過定壓油路與作動器(9)相接。
2.根據(jù)權利要求1所述的預緊力可控智能化高速加工電主軸，其特征在于所述的電控部分的編碼器(4)的輸出端接單片機(5)的輸入端“P1.1”，單片機(5)的輸出端“P1.3”接開關功放(6)的輸入端“Hin、Lin”，開關功放(6)的輸出端接比例電磁閥(7)，液壓油站(8)的輸出端接比例電磁閥(7)的輸入端。
3.根據(jù)權利要求1所述的預緊力可控智能化高速加工電主軸，其特征在于作動器(9)為一個內部設有預緊彈簧(9-3)的油腔(9-2)，油腔(9-2)通過管路與比例電磁閥(7)相連，預緊彈簧(9-3)的兩端分別頂在直線軸承(10)的兩軸承套(9-1)上。
全文摘要
預緊力可控智能化高速加工電主軸涉及一種用于數(shù)控機床高速加工主軸單元裝備，該電主軸由機械部分和電控部分組成，其中機械部分有主軸(1)、電機(2)、滾動軸承(3)、作動器(9)、直線軸承(10)，電控部分有編碼器(4)、單片機(5)、開關功放(6)、比例電磁閥(7)、液壓油站(8)；電機(2)安裝在主軸的中部，主軸的前、后端由滾動軸承(3)支承，主軸后端的滾動軸承(3)支承在直線軸承(11)上，作動器(9)位于主軸后端的滾動軸承(3)上；編碼器(4)為電控部分的信號輸入端，位于主軸前端的側面，將采集的主軸的信號送到單片機(5)處理，比例電磁閥為電控部分的信號輸出端，比例電磁閥通過定壓油路與作動器相接。
文檔編號B23Q5/00GK1846911SQ200610038219
公開日2006年10月18日 申請日期2006年2月10日 優(yōu)先權日2006年2月10日
發(fā)明者蔣書運 申請人:東南大學