[發明專利]主軸性能實時監控裝置、方法及其標定實驗裝置、方法

有效

• 申請號: 201210128600.7
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN102637017A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 洪軍;吳文武;李小虎;張秀華;田久良;徐楓
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05B19/406
• 分類號: G05B19/406;G01M13/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 田洲

1.一種主軸性能實時監控裝置，其特征在于，包括機床、安裝于機床上的主軸、安裝在主軸外周的主軸測控環、數據處理單元和數控系統，主軸測控環包括隔套，隔套上設有安裝孔，安裝孔中安裝有壓電致動器和溫度傳感器；壓電致動器和溫度傳感器連接數據處理單元；

所述數據處理單元對壓電致動器和溫度傳感器輸入的信號進行濾波、模數轉換和放大后輸入數控系統；

數控系統包括伺服系統和可編程邏輯控制器，伺服系統與主軸的電機連接，可編程邏輯控制器和機床的報警系統、潤滑系統、冷卻系統連接；數控系統根據數據處理單元輸入的信號通過壓電致動器調節主軸的預緊力、控制報警系統進行報警、控制潤滑系統進行潤滑或控制冷卻系統進行冷卻。

2.如權利要求1所述的主軸性能實時監控裝置，其特征在于，壓電致動器均勻安裝于隔套圓周方向上均勻分布的安裝孔中，壓電致動器的安裝數量大于3且小于最大可安裝數量。

3.如權利要求1所述的主軸性能實時監控裝置，其特征在于，數據處理單元包括單片機、信號調理單元、多路開關、模數轉換單元和功率放大單元；主軸測控環上的壓電致動器和溫度傳感器與信號調理單元連接，壓電致動器和溫度傳感器的信號經信號調理單元實現傳感器信號的交直流分離和信號濾波；多路開關與信號調理單元連接，用于多路傳感器信號的選擇；功率放大單元與多路開關連接，用于信號的大小變換；模數轉換單元與功率放大單元連接，用于將檢測到的模擬信號轉換成數字信號；單片機連接信號調理單元、多路開關、模數轉換單元和功率放大單元，通過其內部指令實現控制信號調理單元、多路開關、模數轉換單元和功率放大單元的協調工作。

4.如權利要求3所述的主軸性能實時監控裝置，其特征在于，數控系統根據數據處理單元輸入的信號判定主軸運行狀態，所述運行狀態包括運行正常、主軸過熱、主軸顫振、主軸故障和主軸預緊力過大。

5.如權利要求1至4中任一項所述的主軸性能實時監控裝置的監控方法，其特征在于：主軸在電機的驅動下轉動時，溫度控制器和壓電致動器分別將測量得到的主軸旋轉時的溫度模擬信號和主軸預緊力模擬信號輸入數據處理單元的信號調理單元，經信號調理單元濾波后，由模數轉換單元將模擬信號轉換為數字信號，由功率放大單元將信號放大后輸入數控系統進行主軸運行狀態的判定，如果主軸運行正常，則繼續進行信號采集和狀態判定；如果判定為主軸過熱，則數控系統發出冷卻系統調整指令給可編程邏輯控制器，將指令轉換為冷卻系統可以執行的指令傳給冷卻系統，然后增加冷卻系統的流量，實現主軸系統的降溫；如果判定為主軸顫振，則數控系統發出主軸轉速調整指令，指令通過伺服系統實現主軸轉速的調整；如果判定為主軸故障，則由數控系統發出停機及報警指令，通過伺服系統實現主軸停轉，通過可編程邏輯控制器啟動機床報警系統；如果判定為主軸預緊力過大，數控系統發出預緊力調整指令，通過數據處理單元的信號數模變換轉換為模擬信號，由多路開關送至功率放大單元，功率放大單元控制電壓送至壓電致動器控制壓電致動器的伸出量，實現主軸預緊力的調整。

6.一種主軸性能實時監控裝置的標定實驗裝置，其特征在于，包括主軸前端的載荷接頭、前端軸承、主軸、主軸測控環、后軸承、隔圈、鎖緊螺母、數據調理單元、數據采集卡、PC機和主軸控制單元；

前端軸承和后端軸承分別安裝在主軸的前后端，相鄰的后端軸承之間設置有隔套；后端軸承通過軸肩和鎖緊螺母固定在主軸上，前端軸承通過端蓋和軸承擋肩固定在主軸上；主軸測控環安裝在后端軸承的前端，并通過后端軸承和軸承擋肩固定在主軸上；

數據調理單元包括信號調理單元、多路開關、模數轉換單元和功率放大單元；

主軸測控環上安裝有壓電致動器和溫度傳感器，壓電致動器和溫度傳感器與信號調理單元連接，壓電致動器和溫度傳感器的輸出信號經信號調理單元進行交直流分離和信號濾波；多路開關與信號調理單元連接，用于實現多路傳感器信號的選擇；功率放大單元與多路開關連接，實現信號的大小變換；模數轉換單元與功率放大單元連接，它將檢測到的模擬信號轉換成數字信號；

信號調理單元、數據采集卡、PC機和主軸控制單元依次連接；

PC機包括數據采集單元、數據分析單元和數據存儲單元；主軸控制單元包括轉速控制單元、冷卻控制單元和潤滑控制單元。

7.如權利要求6所述的標定實驗裝置，其特征在于，所述標定實驗裝置還包括作用于載荷接頭上的軸向加載裝置和徑向加載裝置。