[發明專利]一種超高速超精密空氣靜壓電主軸主動熱控制系統及其方法

有效

• 申請號: 201710670629.0
• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107247471B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 朱錕鵬;王容川;高思煜;施云高;徐林森
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G05D23/19
• 分類號: G05D23/19;G05B13/04
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發明公開了一種超高速超精密空氣靜壓電主軸的主動熱控制系統及其方法，溫度傳感器分別置于后徑向軸承內套、內置電機定子線圈端部繞組、前徑向軸承內套、左止推軸承、右止推軸承、進水口和出水口處；數據采集與處理卡和各溫度傳感器以及液體流量計相連；工業計算機分別連接數據采集與處理卡和工業控制器，工業控制器分別和自動循環冷水機和電磁比例閥連接；電磁比例閥和自動循環冷水機連接，進行冷卻水的流量調節；并通過液體流量計時時監測冷卻水的流量。本發明實現空氣靜壓電主軸在工藝參數突變下的實時反饋精確熱控制，從而滿足空氣靜壓電主軸在不同工作轉速下的超精密加工需求。

技術領域

本發明涉及一種超高速超精密空氣靜壓電主軸主動熱控制系統及其方法，屬于電主軸熱控制技術領域。

背景技術

超精密機床正向高精度、高效率和高速度的方向發展，其中超高速超精密空氣靜壓電主軸部件是實現高精、高效切削技術的主體之一，是超精密機床的核心功能部件。為實現超高速和超精密加工，電主軸系統以空氣靜壓支承和電磁直接驅動為典型特征，相對運動部件之間沒有直接的機械接觸，有利于提高轉速和精度。由于電主軸在回轉過程中電機定子線圈發熱、電機轉子電磁渦流發熱、空氣靜壓軸承微米間隙高速氣流粘性剪切摩擦發熱等均會引起主軸系統結構件和壓縮氣體等介質溫升，進而導致結構熱變形、電磁驅動和空氣靜壓支承特性的變化。由于結構熱變形導致軸承氣膜厚度的變化與軸承氣膜厚度在同一量級，故空氣靜壓軸承的承載能力和氣膜剛度等支承特性受到氣膜厚度變化的影響；同時，軸芯的自然頻率和模態振型也受之影響。電主軸內置電機的電磁效應也受到電主軸熱行為的影響，導致主軸的輸出力矩和轉速隨溫度場的變化而波動。綜上所述，電主軸的熱行為一方面產生軸向熱誤差直接影響超精密加工精度；另一方面改變了超高速軸芯的動力學行為，繼而影響電主軸的回轉精度。由于超高速超精密空氣靜壓電主軸調速范圍較寬，在復雜工藝要求下主軸的突然加速導致其內部熱量的激增，傳統溫度控制技術具有大延遲的特性，已不能滿足實時加工精度要求。因此，需要一種能夠實現時時精確控制的超高速超精密空氣靜壓電主軸熱控制系統。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術存在的不足，提供一種超高速超精密空氣靜壓電主軸主動熱控制系統及其方法，以期實現空氣靜壓電主軸在工藝參數突變下的實時反饋精確熱控制，從而滿足空氣靜壓電主軸在不同工作轉速下的超精密加工需求，為實現超精密加工提供了關鍵技術保證。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：

本發明一種超高速超精密空氣靜壓電主軸的主動熱控制系統的特點包括：若干個溫度傳感器、數據采集與處理卡、工業計算機、工業控制器、自動循環冷水機、電磁比例閥和液體流量計；其中，所述自動循環冷水機自身帶有水泵和散熱系統；

所述若干個溫度傳感器分別置于電主軸的后徑向軸承內套中、內置電機定子線圈端部繞組中、前徑向軸承內套中、左止推軸承中、右止推軸承中、進水口和出水口處；

所述數據采集與處理卡分別和各個溫度傳感器以及液體流量計相連，用于采集所述電主軸的溫度數據和冷卻水的溫度和流量數據并提供給所述工業計算機；

所述工業計算機分別連接所述數據采集與處理卡和所述工業控制器，用于獲取所述溫度數據和流量數據并提供給所述工業控制器；

所述工業控制器分別和所述自動循環冷水機和電磁比例閥連接，用于根據所述溫度數據和流量數據控制所述冷卻水的自動循環和溫度調節；

所述電磁比例閥和所述自動循環冷水機連接，用于所述冷卻水的流量調節；在所述電磁比例閥上方的進水管處設置有所述液體流量計，用于實時監測冷卻水的流量。

本發明所述的超高速超精密空氣靜壓電主軸主動熱控制系統的特點也在于，置于后徑向軸承內套、內置電機定子線圈端部繞組、前徑向軸承內套、左止推軸承、右止推軸承的溫度傳感器的連接線通過同一走線通道引出。

本發明一種超高速超精密空氣靜壓電主軸主動熱控制系統的控制方法的特點是按如下步驟進行：