一種工具機主軸集成監測環裝置的製作方法
2023-05-04 02:32:16 1
專利名稱：一種工具機主軸集成監測環裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於工具機主軸監測技術領域，具體涉及一種監測工具機主軸振動徑向位移、 軸向位移、軸承振動加速度、軸承溫度以及主軸迴轉精度的一種工具機主軸集成監測環裝置。
背景技術：
高精密工具機由於高轉速、高精度、高效率和高柔性而在機械加工領域中應用越來 越廣泛，給現代製造業增添了強勁的動力，是國民經濟的重要基礎裝備。高精密工具機自動化 程度高，價格昂貴，結構複雜，一旦由於故障或部件失效而停車，將造成巨大經濟損失。主軸 系統是工具機最關鍵的部件，它通過刀具直接參與工具機的切削加工，其動態性能的好壞對機 床的切削抗振性、加工精度及表面粗糙度均有很大的影響。因此有必要考慮設計可靠合理 的主軸監測系統，實現對主軸工作狀態的監測。如今幾乎所有高速旋轉的主軸都按標準配置了傳感器，用以測量軸承部位的溫 度，部分工具機還在主軸頭上配置了軸向和徑向移位傳感器，在軸承部位裝配了振動傳感器。 瑞士 DIXI公司的最新電主軸集中配備了多個傳感器，將加速度傳感器和溫度傳感器安裝 在主軸套筒上開出的周向槽內，可以近距離測量主軸軸承附近的加速度並實時監控主軸軸 承的冷卻油溫度。德國聯邦科研部BMBF的ISPI智能主軸單元項目在兩條試驗主軸上安裝 了許多傳感器和執行器，以便用傳感方式採集主軸的臨界工作狀態。但是這些傳感器大多 是分散安裝的，集成性不高，因此可能會影響監測結果的可靠性。麻薩諸塞大學研製的開放 式構架的在線主軸健康監測系統將傳感器布置在主軸的外殼處，雖然實現容易，但是使傳 感器遠離信號源，不可避免地會使溫度、振動信號在傳遞到傳感器的過程中發生衰減、幹擾 和畸變。國內上海交通大學提供數控工具機加速度和溫度測量的解決方案，但是其安裝方式 仍為在主軸外殼打多個工藝孔或磁性吸附的方法，在集成度和可靠性方面還有待於進一步 提高。浙江大學採用智能溫度傳感器和高精度雷射位移傳感器分別測量數控工具機主軸相關 部分的溫度和主軸的熱變形，其傳感器分散布置在主軸前後軸承端蓋和主軸外殼法蘭上， 安裝位置受工具機類型的限制且有可能與加工工件幹涉，影響工具機的加工能力。中南大學的 數控工具機故障診斷和預報系統分別在主軸軸承上方布置振動傳感器、在主軸軸端和主軸靠 近齒輪處布置溫度傳感器、在主軸軸端布置速度傳感器來測試主軸運行工況，這種布置集 成效果不明顯，可靠性不高。總體來看，國內外對於工具機主軸的實時測量都很重視，根據實際情況設計了多種 測量方案，但是，目前工具機主軸監測系統主要存在以下問題1、分散布置傳感器，需要在主軸上開孔或槽，會影響主軸動靜剛度；2、傳感器位置離信號源距離較遠，振動信號容易發生衰減和失真，導致測量數據 不能有效地反映主軸的實際運行狀態。3、傳感器安裝於主軸外部，安裝位置受限制。
發明內容
為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在於提供一種工具機主軸集成監測環 裝置，可以克服現有工具機主軸監測系統分散布置傳感器影響主軸動靜剛度或傳感器位置距離 信號源較遠而導致的振動信號衰減和失真等問題，實現工具機主軸運行狀態的實時在線監測。為了達到以上目的，本發明採取如下技術方案予以實現的一種工具機主軸集成監測環裝置，包括支撐主軸1的角接觸軸承2，角接觸軸承2中 設置有內圈隔套3和外圈隔套4，其特徵在於，外圈隔套4徑向上沿著圓周方向靠近內圈隔 套3處布置有三個電渦流位移傳感器5，外圈隔套4軸向上設置有一個電渦流位移傳感器 5，外圈隔套4的外沿設置有加速度傳感器6和溫度傳感器7。所述的內圈隔套3和外圈隔套4外形呈一端具有軸肩的套筒。角接觸軸承2中的內圈隔套3在工具機主軸1運行過程中隨主軸1旋轉，因此可以 作為主軸徑向振動位移的測試基準；將內圈隔套3由原先單一的套筒形式改為一端具有軸 肩的套筒，以軸肩端面作為軸向竄動測試基準；角接觸軸承2中的右軸承外圈作為角接觸 軸承2的振動加速度以及角接觸軸承2的溫度的測試基準。本發明與現有工具機主軸監測裝置相比，具有以下優點1、通過在外圈隔套4上集成布置測試傳感器，無需在主軸上開孔或者切槽，不會 影響主軸動靜剛度。2、測試傳感器位置距離測試對象主軸1和角接觸軸承2位置很近，測試信號衰減 和失真程度大大降低，測試結果能夠更加有效的反映主軸的實際運行狀態。3、集成監測環集中布置了主軸徑向振動位移傳感器、主軸徑向振動位移傳感器、 軸承振動加速度傳感器、主軸溫度傳感器，可以同時監測主軸運行的多個狀態參數，顯著提 高主軸監測的集成度。
圖1是本發明的結構示意圖，圖2是圖1的A-A向剖視圖。圖3是內圈隔套3和外圈隔套4的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作詳細敘述。參照圖1、一種工具機主軸集成監測環裝置，包括支撐主軸1的角接觸軸承2，角接觸 軸承2中設置有內圈隔套3和外圈隔套4。參照圖1、圖2，外圈隔套4徑向上沿著圓周方向靠近內圈隔套3處布置有三個電 渦流位移傳感器5，監測主軸1的徑向振動位移；外圈隔套4軸向上布置有一個電渦流位移 傳感器5，測試內圈隔套3的軸向振動位移作為主軸的軸向竄動；外圈隔套4靠近角接觸軸 承2中的左軸承外圈處開槽安裝一個高精度微型三向加速度傳感器6，測試角接觸軸承2三 個方向的振動加速度；外圈隔套4靠近角接觸軸承2中的左軸承外圈處開槽安裝一個微型 高精度鉬熱電阻溫度傳感器7，用於測試角接觸軸承2的溫度。參照圖3，所述的內圈隔套3和外圈隔套4外形呈一端具有軸肩的套筒。內圈隔套3的軸肩作為軸向振動位移的測試基準，外圈隔套4的軸肩是為了增大布置傳感器的空間。
本發明的工作原理為角接觸軸承2中的內圈隔套3在工具機主軸1運行過程中隨 主軸1旋轉，四個電渦流位移傳感器5監測主軸1的徑向振動位移和軸向振動位移，加速度 傳感器6監測角接觸軸承2的振動加速度，並且通過對角接觸軸承2的振動加速度信號進 行後續信號處理來反映角接觸軸承的狀態；溫度傳感器7監測角接觸軸承溫度，從而反映 主軸運行狀態。通過集成監測環得到的主軸振動位移信號、軸承振動加速度信號以及軸承 溫度信號，進行綜合分析從而判別主軸運行狀態。
權利要求
一種工具機主軸集成監測環裝置，包括支撐主軸(1)的角接觸軸承(2)，角接觸軸承(2)中設置有內圈隔套(3)和外圈隔套(4)，其特徵在於，在外圈隔套(4)徑向上沿著圓周方向靠近內圈隔套(3)處布置有三個電渦流位移傳感器(5)，外圈隔套(4)軸向上設置有一個電渦流位移傳感器(5)，外圈隔套(4)的外沿設置有加速度傳感器(6)和溫度傳感器(7)。
2.根據權利要求1所述的一種工具機主軸集成監測環裝置，其特徵在於，所述的內圈隔 套(3)和外圈隔套(4)外形呈一端具有軸肩的套筒。
全文摘要
一種工具機主軸集成監測環裝置，包括支撐主軸的角接觸軸承，角接觸軸承上設置有內圈隔套和外圈隔套，外圈隔套徑向上沿著圓周方向靠近內圈隔套處布置有三個電渦流位移傳感器，軸向上設置有一個電渦流位移傳感器，外圈隔套的外沿設置有加速度傳感器和溫度傳感器；角接觸軸承內圈隔套在工具機主軸運行過程中隨主軸旋轉，四個電渦流位移傳感器分別監測主軸的徑向和軸向振動位移，加速度傳感器監測角接觸軸承的振動加速度，溫度傳感器監測角接觸軸承的溫度，最後進行綜合分析從而判別主軸運行狀態，實現工具機主軸運行狀態的實時在線監測。
文檔編號B23Q17/00GK101920470SQ20101024471
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月2日 優先權日2010年8月2日
發明者孫薇, 寸花英, 張優雲, 張其東, 張徵凱, 朱永生, 洪軍 申請人:西安交通大學;沈機集團昆明工具機股份有限公司