[實用新型]一種高速銑削電主軸切削顫振的激勵模擬裝置

有效

• 申請號: 201420645698.8
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN204188360U
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 張海濤;趙杰;趙歡;吳越;丁漢;趙鑫;張國強
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春

技術領域

本實用新型屬于高速銑削技術領域，更具體地，涉及一種高速銑削電主軸切削顫振的激勵模擬裝置。

背景技術

隨著航空、航天、汽車等工業的發展，超高速自動化加工已成為機械加工的發展趨勢，這對數控加工機床主軸軸承的要求越來越高。目前，國內外數控機床電主軸支承軸承主要有動/靜壓軸承、陶瓷軸承和磁懸浮軸承等。動靜壓軸承由于受到軸承內滾動體表面速度的限制，無法達到期望的超高轉速；相比而言，陶瓷軸承可將轉速提高20％～30％，但軸承的壽命較短，最多僅有數千小時。

由于計算機、自動控制和微電子技術的發展，一種全新的機電一體化軸承—磁懸浮軸承應運而生。該類型軸承可實現對轉子的無接觸支承，故可將主軸轉速提高到5000～80000r/min，且可實現上萬小時的長壽命服役。而高速加工易出現顫振現象，嚴重影響切削效率、加工表面質量和刀具/機床的壽命。雖然磁懸浮軸承電主軸可以在切削過程中動態調節主軸-刀具系統的剛度和阻尼，實現切削顫振的抑制，保證切削穩定性，但是目前磁懸浮軸承銑削電主軸成型產品較少，研發主要停留在實驗室驗證階段。在切削顫振主動抑制算法研發尚未成熟的情況下，將主軸安裝到數控機床上進行實際的切削加工實驗存在主軸乃至機床損壞的危險。為此，有必要設計切削顫振模擬產生以及主動抑制的裝置，在安全環境下驗證切削顫振的模擬與主動控制的有效性。

實用新型內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種高速銑削電主軸切削顫振的激勵模擬裝置，其目的在于在主軸刀具末端安裝徑向磁懸浮軸承，利用磁場力激勵刀具產生顫振；能夠在無需機床實驗平臺以及實際切削加工的情況下，對切削顫振進行較好的模擬。

本實用新型提供了一種高速銑削電主軸切削顫振的激勵模擬裝置，包括：徑向位移傳感器、徑向磁懸浮軸承、濾波器、第一功率放大器、第二功率放大器、驅控板、支架和刀具；所述徑向磁懸浮軸承與徑向位移傳感器安裝在所述支架上并與工作臺固定，所述刀具穿過所述徑向磁懸浮軸承和所述徑向位移傳感器；所述驅控板的第一輸入端用于接收外部施加的顫振激勵信號，所述第二功率放大器的輸入端連接至所述驅控板的第一輸出端，所述第二功率放大器的輸出端與所述徑向磁懸浮軸承連接；所述濾波器的輸入端連接至所述徑向位移傳感器，所述第一功率放大器的輸入端連接至所述濾波器的輸出端，所述驅控板的第二輸入端連接至所述第一功率放大器的輸出端，所述驅控板的第二輸出端用于輸出顯示所述刀具的振動位移。

其中，所述刀具與所述徑向磁懸浮軸承和所述徑向位移傳感器同心設置。

其中，所述激勵模擬裝置還包括連接在所述第一功率放大器與驅控板之間的AD轉換器，以及連接在所述驅控板與第二功率放大器之間的DA轉換器；所述AD轉換器的輸入端連接至所述第一功率放大器的輸出端，所述AD轉換器的輸出端連接至所述驅控板的第二輸入端；所述DA轉換器的輸入端連接至所述驅控板的第一輸出端，所述DA轉換器的輸出端連接至所述第二功率放大器的輸入端。

本實用新型針對降低切削效率、加工精度的顫振現象能夠進行有效模擬。在實際加工過程中顫振發生在刀具與工件接觸位置，故本實用新型在主軸刀具末端安裝徑向磁懸浮軸承，利用磁場力激勵刀具產生顫振。本實用新型能夠在無需機床實驗平臺以及實際切削加工的情況下，對切削顫振進行較好的模擬。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例提供的基于磁懸浮軸承銑削電主軸的用于主動抑制顫振的模塊結構示意圖；

圖2為驗證本實用新型實施例的有效性而提供的基于磁懸浮軸承銑削電主軸的用于主動抑制顫振的模塊結構示意圖

圖3為本實用新型實施例提供的高速銑削電主軸切削顫振的激勵模擬和主動抑制裝置結構示意圖；

其中，1為基于磁懸浮軸承的用于模擬產生切削顫振的模塊、2為基于磁懸浮軸承銑削電主軸的用于主動抑制顫振的模塊、101為徑向位移傳感器、102為徑向磁懸浮軸承、103為濾波器、104為第一功率放大器、105為第二功率放大器、106為驅控板、107為支架、108為刀具、201為刀柄、202為輔助軸承、203為徑向位移傳感器、204為徑向磁懸浮軸承、205為冷卻部件、206為電機、207為徑向磁懸浮軸承、208為徑向位移傳感器、209為軸向磁懸浮軸承、210為軸向位移傳感器、211為軸向磁懸浮軸承、212為輔助軸承、213為轉子、214為濾波器、215為功率放大器、216為功率放大器、217為磁懸浮軸承控制器、218為PC、219為變頻器、220為工作臺。

具體實施方式