[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

技術領域

本發明涉及主軸性能檢測及控制技術領域，尤其是主軸性能實時監測和控制的裝置和方法。

背景技術

數控機床智能化是繼高精度、高速度發展之后又一個重要的發展方向，其顯著特點是將信息技術和智能技術深度融合與集成在數控裝備及其設計、制造過程中。機床主軸作為精密數控機床的核心部件，其智能化水平是未來智能機床水平的關鍵所在。

自2006年9月在IMTS展會日本MAZAK公司展出其研發的“自適應”智能機床后，日本大偎、Fanuc、美國辛辛那提、瑞士米克朗等機床公司都開始了智能機床及智能主軸的研發，并取得了一定的成果。在智能主軸產品方面，國外主軸或精密機床公司廣泛采用實時精度補償技術提高主軸精度，如DIXI公司的DHP40型高速精密臥式鏜銑加工中心。瑞士IBAG主軸內嵌許多傳感器，具有軸承溫度控制、軸承和芯軸振動檢測等功能。此外，有關主軸智能監控的產品也相繼問世，在Weiss公司新的主軸監控和診斷系統(SPIDS)中，傳感器被直接集成到主軸中。山崎馬扎克也開發出一種″智能主軸″，通過在主軸上配備多種傳感器，并通過NC裝置對傳感器信息進行處理，能對故障等做到防患于未然；米克朗機床制造公司的Spindle?Protection?System(SPS)從主軸部件的壽命周期和當前的加工軌跡，預測主軸溫度、振動等數據的變化，并與傳感器收集的實測數據進行比較，當實測數據與預測出現不尋常的偏差，SPS就會試圖判斷可能出現的故障，并作出降速、停機、提示更換部件、通知操作員等處置。

為了實現智能主軸的多種功能，需要在主軸設計過程中，增加不同類型的傳感器，這樣必然導致整個主軸結構的復雜化。隨著主軸結構的改變，主軸本身的性能必然受到影響，如何采用簡單有效的方法實現智能主軸多種功能的需求，還需要開展新型主軸性能監控方法和裝置的研究。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種以壓電致動器為核心作用部件的主軸性能實時監控裝置、方法及其標定實驗裝置、方法，通過對多個壓電致動器的檢測和控制，實現對主軸系統的實時監控。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種主軸性能實時監控裝置，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。

作為本發明的優選實施例，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。

作為本發明的優選實施例，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。

作為本發明的優選實施例，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。