[發明專利]一種智能電主軸磨削加工方法及系統

有效

• 申請號: 201810106527.0
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108326326B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 熊萬里;胡燦;呂浪;孫文彪
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B23B19/02
• 分類號: B23B19/02;B24B41/04
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發明公開了一種智能電主軸磨削加工方法及系統，本發明基于智能電主軸當前的磨削工藝參數計算磨削力的大小，在得到當前的磨削力的基礎上，采用下述方法①或方法②確定智能電主軸軸承的可控節流器實現最大油膜剛度的控制油腔壓力；方法①為查找預設的磨削力檔位、可控節流器實現最大油膜剛度的控制油腔壓力兩者之間的映射關系，方法②為查找預設的磨削力、可控節流器實現最大油膜剛度的控制油腔壓力兩者之間的映射關系，最終調節可控節流器的控制油腔的壓力，使得可控節流器的控制油腔的壓力等于當前的磨削力對應的可控節流器目標控制油腔壓力，從而實現靜壓軸承剛度的最大化，能夠顯著提高磨削效率和磨削表面質量。

技術領域

本發明涉及高速精密機床電主軸、智能磨削、液體靜壓軸承電主軸，具體涉及一種智能電主軸磨削加工方法及系統。

背景技術

現代裝備制造業的發展，對高速精密機床提出了越來越高的要求，其中一個顯著特點是，對機床的智能化要求越來越高。電主軸作為機床的核心功能部件，對機床的加工精度和加工效率具有直接而重要的影響，因此電主軸的智能化程度也直接影響著機床的智能化程度。

電主軸在機床工作過程中，直接帶動工件或工具(砂輪、刀具等)高速旋轉，實現對零件表面材料的去除(切削、磨削、拋光等)和精密加工。當電主軸加工條件和工藝參數(如工件材料、砂輪速度、磨削深度、進給速度等)發生變化時，工件反作用于工具(刀具、砂輪)，進而反作用于電主軸的軸端，使得電主軸的軸端的徑向載荷、軸向載荷和扭矩不斷變化。這些載荷最終由電主軸的定轉子和軸承來承受，定轉子輸出扭矩抵消外部的扭矩載荷，電主軸的軸承承受外部的徑向載荷和軸向載荷。

通常情況下，電主軸的軸承只在特定的轉速和承載能力范圍內具有優越的剛度和壽命性能，可有效支撐電主軸高效率、高精度、高可靠性(長壽命)加工。當外部加工條件變化，導致工作轉速和承載能力超出這一范圍之后，軸承并不是工作在最合理的工作狀態，或者工作效率降低、或者加工精度下降、或者精度壽命縮短。現代制造業對智能電主軸的一個最重要的需求就是，當外部加工條件和加工參數變化后，電主軸系統能夠自動優化軸承的剛度等性能，使電主軸始終工作在高效率、高精度、長壽命的理想工作狀態。

目前電主軸所采用的軸承，主要有液體靜壓軸承、滾動軸承、氣體靜壓軸承。由于液體靜壓軸承由于具有特有的“誤差均化效應”，其回轉精度遠高于滾動軸承式主軸；同時由于液體介質不可壓縮，其承載能力和剛度遠高于氣體靜壓軸承；因此液體靜壓軸承在要求回轉精度高、承載能力強的高速精密機床電主軸中獲得了廣泛應用。

目前工程上采用的這些電主軸的軸承的承載能力和剛度特性都是基本固定的。即使外部的切削載荷、轉速等加工參數發生變化，電主軸的軸承特性基本上都是不變的。這導致電主軸一旦制造出來，其動態特性就不能被操作者主動調控，只能被動地隨外部加工條件的變化而變化。現有的電主軸在由于存在著上述，影響了它們在工程上的進一步推廣應用。

目前，現有的電主軸普遍采用小孔節流、毛細管節流、環面縫隙節流、薄膜反饋節，PM流量控制器、滑閥反饋節流和內表面反饋節流等節流形式。這些節流方式存在共同的缺點：即節流特性不“可控”，節流器一旦安裝到主軸上，其節流特性就不能被主動調控，只能被動地隨軸承油腔壓力變化。這導致采用現有節流器的液體動靜壓電主軸，其最佳的油膜剛度，僅對于主軸在特定的載荷和轉速范圍內有效，一旦載荷或者轉速范圍擴大導致油膜動壓效應顯著變化，“最佳節流比”就不再成立，所預期的“最佳油膜剛度”也難以保證。