[實(shí)用新型]一種高速銑削電主軸切削顫振的主動(dòng)抑制裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420645697.3
• 申請(qǐng)日: 2014-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN204195400U
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙歡;趙杰;張海濤;吳越;丁漢;趙鑫;張國(guó)強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B23Q15/12
• 分類號(hào): B23Q15/12
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于高速銑削技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高速銑削電主軸切削顫振的主動(dòng)抑制裝置。

背景技術(shù)

隨著航空、航天、汽車等工業(yè)的發(fā)展，超高速自動(dòng)化加工已成為機(jī)械加工的發(fā)展趨勢(shì)，這對(duì)數(shù)控加工機(jī)床主軸軸承的要求越來(lái)越高。目前，國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床電主軸支承軸承主要有動(dòng)/靜壓軸承、陶瓷軸承和磁懸浮軸承等。動(dòng)靜壓軸承由于受到軸承內(nèi)滾動(dòng)體表面速度的限制，無(wú)法達(dá)到期望的超高轉(zhuǎn)速；相比而言，陶瓷軸承可將轉(zhuǎn)速提高20％～30％，但軸承的壽命較短，最多僅有數(shù)千小時(shí)。

隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和微電子技術(shù)的發(fā)展，一種全新的機(jī)電一體化軸承—磁懸浮軸承應(yīng)運(yùn)而生。該類型軸承可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子的無(wú)接觸支承，故可將主軸轉(zhuǎn)速提高到5000～80000r/min，且可實(shí)現(xiàn)上萬(wàn)小時(shí)的長(zhǎng)壽命服役。但高速加工易出現(xiàn)顫振現(xiàn)象，嚴(yán)重影響切削效率、加工表面質(zhì)量和刀具/機(jī)床的壽命。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種高速銑削電主軸切削顫振的主動(dòng)抑制裝置，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中高速加工過(guò)程中易出現(xiàn)的嚴(yán)重影響切削效率、加工表面質(zhì)量和刀具/機(jī)床壽命的顫振現(xiàn)象。

本實(shí)用新型提供了一種高速銑削電主軸切削顫振的主動(dòng)抑制裝置，包括磁懸浮軸承銑削電主軸、變頻器、磁懸浮軸承控制器和信號(hào)輔助處理部件；所述磁懸浮軸承銑削電主軸安置于銑床上，用以加工工件及抑制顫振；所述變頻器與所述磁懸浮軸承銑削電主軸的電機(jī)相連，用于驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)旋轉(zhuǎn)及控制其啟停；所述磁懸浮軸承控制器通過(guò)控制主軸內(nèi)部的徑向磁懸浮軸承以產(chǎn)生抑制主軸振動(dòng)的磁場(chǎng)力；所述信號(hào)輔助處理部件用以對(duì)銑削加工過(guò)程中上述各器件之間傳遞的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。

其中，磁懸浮軸承銑削電主軸包括電機(jī)、兩個(gè)徑向磁懸浮軸承、兩個(gè)軸向磁懸浮軸承、兩個(gè)輔助軸承、轉(zhuǎn)子、刀柄和冷卻部件；所述電機(jī)位于主軸中部，冷卻部件緊靠主軸電機(jī)，兩個(gè)徑向磁懸浮軸承位于電機(jī)兩側(cè)，兩個(gè)輔助軸承分別與兩個(gè)徑向磁懸浮軸承緊靠在一起，兩個(gè)軸向磁懸浮軸承位于主軸末端，即遠(yuǎn)離刀具一側(cè)，且位于兩個(gè)徑向磁懸浮軸承以外，轉(zhuǎn)子位于主軸中心，貫穿于整個(gè)主軸，刀柄則位于主軸前端。

其中，所述信號(hào)輔助處理部件包括徑向位移傳感器、軸向位移傳感器，濾波器，第一功率放大器和第二功率放大器；兩個(gè)徑向位移傳感器分別緊靠?jī)蓚€(gè)徑向磁懸浮軸承安置，一個(gè)軸向位移傳感器則緊靠?jī)蓚€(gè)軸向磁懸浮軸承安置，上述三個(gè)位移傳感器的輸出端與濾波器相連，濾波器的輸出端連接在第一功率放大器的輸入端，第一功率放大器的輸出端連接在控制器的第一輸入端，控制器的第二輸出端與第二功率放大器的輸入端相連，第二功率放大器的輸出端連接到兩個(gè)徑向磁懸浮軸承與兩個(gè)軸向磁懸浮軸承的輸入端。

其中，所述徑向位移傳感器和所述軸向位移傳感器均為電感式位移傳感器。

其中，所述信號(hào)輔助處理部件還包括連接在第一功率放大器與磁懸浮軸承控制器之間的AD信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，以及連接在磁懸浮軸承控制器與第二功率放大器之間的DA信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。

其中，工作時(shí)，通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，并在兩個(gè)徑向磁懸浮軸承的支承下實(shí)現(xiàn)主軸的懸浮；兩個(gè)徑向位移傳感器通過(guò)濾波器、第一功率放大器與磁懸浮軸承控制器相連，在主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)?shù)毒叨税l(fā)生顫振，徑向位移傳感器將檢測(cè)到的顫振信號(hào)送到磁懸浮軸承控制器中進(jìn)行處理，磁懸浮軸承控制器用于與主機(jī)PC相連，在主機(jī)中顯示主軸的振動(dòng)位移，并將控制信號(hào)發(fā)送到磁懸浮軸承控制器中，經(jīng)磁懸浮軸承控制器處理后的輸出信號(hào)傳遞給第二功率放大器，第二功率放大器的輸出電流與徑向磁懸浮軸承相連，通過(guò)改變其內(nèi)部線圈的電流大小和方向從而產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)力以抑制主軸的顫振。

本實(shí)用新型可以大幅提高主軸-刀具系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)剛度和阻尼，從而抑制了顫振的發(fā)生，提高了切削加工的效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于磁懸浮軸承銑削電主軸的用于主動(dòng)抑制顫振的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為驗(yàn)證本實(shí)用新型實(shí)施例的有效性而提供的基于磁懸浮軸承的用于模擬產(chǎn)生切削顫振的模塊；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的高速銑削電主軸切削顫振的激勵(lì)模擬和主動(dòng)抑制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；