[發明專利]一種機床主軸集成監測環裝置

無效

• 申請號: 201010244711.5
• 申請日: 2010-08-02
• 公開（公告）號: CN101920470A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 朱永生;洪軍;張優云;寸花英;孫薇;張征凱;張其東
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;沈機集團昆明機床股份有限公司
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

技術領域

本發明屬于機床主軸監測技術領域，具體涉及一種監測機床主軸振動徑向位移、軸向位移、軸承振動加速度、軸承溫度以及主軸回轉精度的一種機床主軸集成監測環裝置。

背景技術

高精密機床由于高轉速、高精度、高效率和高柔性而在機械加工領域中應用越來越廣泛，給現代制造業增添了強勁的動力，是國民經濟的重要基礎裝備。高精密機床自動化程度高，價格昂貴，結構復雜，一旦由于故障或部件失效而停車，將造成巨大經濟損失。主軸系統是機床最關鍵的部件，它通過刀具直接參與機床的切削加工，其動態性能的好壞對機床的切削抗振性、加工精度及表面粗糙度均有很大的影響。因此有必要考慮設計可靠合理的主軸監測系統，實現對主軸工作狀態的監測。

如今幾乎所有高速旋轉的主軸都按標準配置了傳感器，用以測量軸承部位的溫度，部分機床還在主軸頭上配置了軸向和徑向移位傳感器，在軸承部位裝配了振動傳感器。瑞士DIXI公司的最新電主軸集中配備了多個傳感器，將加速度傳感器和溫度傳感器安裝在主軸套筒上開出的周向槽內，可以近距離測量主軸軸承附近的加速度并實時監控主軸軸承的冷卻油溫度。德國聯邦科研部BMBF的ISPI智能主軸單元項目在兩條試驗主軸上安裝了許多傳感器和執行器，以便用傳感方式采集主軸的臨界工作狀態。但是這些傳感器大多是分散安裝的，集成性不高，因此可能會影響監測結果的可靠性。馬薩諸塞大學研制的開放式構架的在線主軸健康監測系統將傳感器布置在主軸的外殼處，雖然實現容易，但是使傳感器遠離信號源，不可避免地會使溫度、振動信號在傳遞到傳感器的過程中發生衰減、干擾和畸變。國內上海交通大學提供數控機床加速度和溫度測量的解決方案，但是其安裝方式仍為在主軸外殼打多個工藝孔或磁性吸附的方法，在集成度和可靠性方面還有待于進一步提高。浙江大學采用智能溫度傳感器和高精度激光位移傳感器分別測量數控機床主軸相關部分的溫度和主軸的熱變形，其傳感器分散布置在主軸前后軸承端蓋和主軸外殼法蘭上，安裝位置受機床類型的限制且有可能與加工工件干涉，影響機床的加工能力。中南大學的數控機床故障診斷和預報系統分別在主軸軸承上方布置振動傳感器、在主軸軸端和主軸靠近齒輪處布置溫度傳感器、在主軸軸端布置速度傳感器來測試主軸運行工況，這種布置集成效果不明顯，可靠性不高。

總體來看，國內外對于機床主軸的實時測量都很重視，根據實際情況設計了多種測量方案，但是，目前機床主軸監測系統主要存在以下問題：

1、分散布置傳感器，需要在主軸上開孔或槽，會影響主軸動靜剛度；

2、傳感器位置離信號源距離較遠，振動信號容易發生衰減和失真，導致測量數據不能有效地反映主軸的實際運行狀態。

3、傳感器安裝于主軸外部，安裝位置受限制。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種機床主軸集成監測環裝置，可以克服現有機床主軸監測系統分散布置傳感器影響主軸動靜剛度或傳感器位置距離信號源較遠而導致的振動信號衰減和失真等問題，實現機床主軸運行狀態的實時在線監測。

為了達到以上目的，本發明采取如下技術方案予以實現的：

一種機床主軸集成監測環裝置，包括支撐主軸1的角接觸軸承2，角接觸軸承2中設置有內圈隔套3和外圈隔套4，其特征在于，外圈隔套4徑向上沿著圓周方向靠近內圈隔套3處布置有三個電渦流位移傳感器5，外圈隔套4軸向上設置有一個電渦流位移傳感器5，外圈隔套4的外沿設置有加速度傳感器6和溫度傳感器7。

所述的內圈隔套3和外圈隔套4外形呈一端具有軸肩的套筒。

角接觸軸承2中的內圈隔套3在機床主軸1運行過程中隨主軸1旋轉，因此可以作為主軸徑向振動位移的測試基準；將內圈隔套3由原先單一的套筒形式改為一端具有軸肩的套筒，以軸肩端面作為軸向竄動測試基準；角接觸軸承2中的右軸承外圈作為角接觸軸承2的振動加速度以及角接觸軸承2的溫度的測試基準。

本發明與現有機床主軸監測裝置相比，具有以下優點：

1、通過在外圈隔套4上集成布置測試傳感器，無需在主軸上開孔或者切槽，不會影響主軸動靜剛度。

2、測試傳感器位置距離測試對象主軸1和角接觸軸承2位置很近，測試信號衰減和失真程度大大降低，測試結果能夠更加有效的反映主軸的實際運行狀態。

3、集成監測環集中布置了主軸徑向振動位移傳感器、主軸徑向振動位移傳感器、軸承振動加速度傳感器、主軸溫度傳感器，可以同時監測主軸運行的多個狀態參數，顯著提高主軸監測的集成度。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖，

圖2是圖1的A-A向剖視圖。

圖3是內圈隔套3和外圈隔套4的示意圖。