一種基於壓電致動器的主軸預緊力動態調整實驗臺的製作方法

2023-10-08 06:09:14

專利名稱：一種基於壓電致動器的主軸預緊力動態調整實驗臺的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於工具機高速主軸的性能實驗領域，涉及一種基於壓電致動器的主軸預緊力動態調整實驗臺。
背景技術：
滾動軸承作為高速主軸內部旋轉支撐元件，其服役性能直接影響高速主軸動力學性能。相關研究表明，合理的滾動軸承預緊力可以消除滾動軸承在製造裝配過程中的遊隙，大幅提高高速主軸剛度和旋轉精度；同時可以減少軸承滾珠公轉的打滑現象，消除陀螺效應，進而改善軸承的發熱狀況，延長軸承的服役壽命。當前的預緊力調控技術有傳統的定位或定壓恆值預緊方式、變預緊值方式。傳統的定位或定壓預緊，預緊力取值大都依據經驗或實驗數據確定，這種恆定預緊技術存在明顯的不足低速時預緊力偏小，使軸承剛性下降，主軸抗受迫振動和自激振動的能力弱，從而導致加工精度下降；高速時預緊力偏大，使軸承溫升加劇，制約了主軸的高速化。恆定預緊技術已無法滿足複雜工況下高速主軸對於軸承服役性能調整的要求。為此，軸承預緊可控技術成為提高高速主軸性能的關鍵技術之一，其主要機理是根據不同工況主動調整軸承預緊力大小，實現主軸性能的最優化。目前，雖然國內外諸多研究與學術機構就軸承預緊可控技術開展了大量的研究，並取得一定的成果，但是缺乏一種簡單有效的實驗裝置，來獲得預緊力動態預緊與主軸各方面性能的數據。所以，本實用新型設計了一種基於壓電致動器的高速主軸預緊力動態調整實驗臺的方案。

實用新型內容本實用新型的目的是針對目前工具機主軸軸承動態預緊力調控技術缺乏一種簡單有效的實驗裝置，來獲得預緊力動態預緊與主軸各方面性能的相關數據的技術問題；設計了一種基於壓電致動器的高速主軸預緊力動態調整實驗臺。為實現上述目的，本實用新型採取如下技術方案—種基於壓電致動器的主軸預緊力動態調整實驗臺，包括機械主軸、壓電致動器預緊調整裝置、控制壓電致動器預緊調整裝置的控制器和電主軸；所述壓電致動器預緊調整裝置設置於所述機械主軸上；所述壓電致動器預緊調整裝置連接所述控制器，所述電主軸通過聯軸器連接所述機械主軸。本實用新型進一步的改進在於機械主軸前端使用第一角接觸球軸承、第二角接觸球軸承、第三角接觸球軸承支撐,機械主軸後端使用第四角接觸球軸承支撐,其中第二角接觸球軸承、第三角接觸球軸承串聯成對使用，第一角接觸球軸承與第二角接觸球軸承面對面安裝，第一角接觸球軸承與第四角接觸球軸承安裝方向相同；在第四角接觸球軸承後側安裝有壓電致動器預緊調整裝置。本實用新型進一步的改進在於所述壓電致動器預緊調整裝置包括壓電座和均勻分布於壓電座上的六個壓電致動器，所有壓電致動器其加載端與壓電座端面平齊。本實用新型進ー步的改進在幹壓電制動器的加載端與第四角接觸球軸承外圈接觸。本實用新型進ー步的改進在幹所述主軸預緊カ動態調整實驗臺還包括冷卻水套和端蓋，所述冷卻水套設置於壓電座 外周，端蓋安裝於冷卻水套端部；該引出結構由壓電座上開設有的U形槽，冷卻水套上上開設有的U形槽，端蓋上的開設有引線孔；壓電致動器連接有引線，該引線沿壓電座上有的U形槽，冷卻水套上上的U形槽和端蓋上的引線孔穿出連接所述控制器。本實用新型進ー步的改進在於所述機械主軸從右至左依次包括第一段階梯軸、第二段階梯軸、第三段階梯軸、第四段階梯軸和第五段階梯軸，機械主軸右端的第一段階梯軸通過聯軸器與電主軸輸出端相連接；第四角接觸球軸承和壓電致動器預緊調整裝置安裝於第三段階梯軸上，第一角接觸球軸承、第二角接觸球軸承和第三角接觸球軸承設置於第五段階梯軸上。本實用新型進ー步的改進在於所述主軸預緊カ動態調整實驗臺還包括外套；所述外套設置於第一角接觸球軸承、第二角接觸球軸承、第三角接觸球軸承和第四角接觸球軸承外側，外套與冷卻水套通過螺栓連接形成密封的冷卻環路。本實用新型的進ー步改進在於所述控制壓電致動器預緊調整裝置的控制器，其每個通道具有正弦、方波、單點三種電壓控制方式，可實現與其連接的六個壓電致動器的獨立和聯合控制，可實現壓電致動器的實時控制。與現有技術相比較，本實用新型具有以下優點(I)採用6個壓電制動器均布的方式，能夠實現多達6個點的預緊カ調控，控制更為精確。(2)本實驗臺能夠實現多種預緊力調控技術的實驗驗證，如均勻分布恆預緊值、均勻分布變預緊值、非均勻分布變預緊值。(3)壓電制動器的引線通路結構簡單可靠，避免了因為引線彎折而造成的壓電致動器損壞。

圖I是基於壓電致動器的高速主軸預緊カ動態調整實驗臺結構圖。圖2是壓電座6結構及壓電致動器7的布置圖。圖3為壓電座的主視圖。圖4為沿圖3中A-A線的剖視圖。
具體實施方式
具體實施步驟請參閱圖I至圖4所示，本實用新型一種基於壓電致動器的高速主軸預緊カ動態調整實驗臺，包括聯軸器I ;主軸2，主軸2右端第一段階梯軸通過聯軸器I與電主軸22輸出端相連接；主軸2第三段階梯軸上從左向右順序布置軸承9和壓電座6，在壓電座6上均勻布置六個壓電制動器7，壓電制動器7的加載端與軸承9外圈接觸，再通過內擋圈8，頂蓋4，鎖緊螺母3，端蓋5固定；主軸2第五段階梯軸上從左向右順序布置外擋圈19，內擋圈20，外擋圈19、內擋圈20分別與軸承18的外圈和內圈接觸，軸承17與軸承18面對面布置，通過內擋圈15，外擋圈16，與軸承14串聯，再通過內擋圈13，鎖緊螺母12固定；端蓋21與冷卻水套10相連接，外套11與冷卻水套10通過螺栓連接形成密封的冷卻環路。將組件在V形塊上固定後，最後將主軸2右端第一段階梯軸通過聯軸器I與電主軸22輸出端相連接，通過控制電主軸22的輸出轉速，實現實驗臺的轉速調整。壓電制動器7加載端向左推動軸承9的外圈，使軸承9內圈向右運動，再通過內擋圈8、頂蓋4、鎖緊螺母3使得主軸2向右運動，從而通過端蓋21、外擋圈19、16對軸承18、17、14實現預緊。將六個壓電制動器7的控制線埠分別與控制器23(型號XE-501)相應的埠連接，通過安裝在計算機24上的控制軟體調整各埠的輸出電壓，控制每一個壓電制動器的輸出力，從而實現各種預緊力調控技術。
·[0026]本實驗臺軸承9型號為7014CD/P4，軸承14、17、18均為7016CD/P4，其中軸承17、18配對串聯使用，軸承14、17面對面布置，軸承14與9串聯，這種布置方式能夠使整個軸系具有良好的支撐剛度，一定程度消除軸向力的影響，增強了軸系的穩定性，並且能夠使得對整個軸系的預緊力實時調整成為可能。預緊力實時調整系統包括零件壓電座6，壓電致動器7，以及相應的壓電致動器控制裝置23 (使用芯明天科技有限公司生產的XE-501模塊化開閉環控制系統)。將每個壓電制動器輸入埠分別與控制器輸出埠連接，通過在安裝在計算機24上的控制器軟體，設置每一個輸出埠的電壓值控制制動器的輸出力，從而實現預緊力的動態調整。壓電致動器7引線末端長約IOmm為硬線，為避免損壞壓電，此處不能夠彎折。如圖2所示，本實用新型在壓電座6上開槽，並且對應的在冷卻水套上也開槽，使得引線末端能夠保證為自然形態，在端蓋5上打孔，孔與水套開槽的尾部對應，從而將壓電致動器控制線引出。
權利要求1.一種基於壓電致動器的主軸預緊力動態調整實驗臺，其特徵在於包括機械主軸、壓電致動器預緊調整裝置、控制壓電致動器預緊調整裝置的控制器和電主軸；所述壓電致動器預緊調整裝置設置於所述機械主軸上；所述壓電致動器預緊調整裝置連接所述控制器，所述電主軸通過聯軸器連接所述機械主軸。
2.如權力要求I所述的基於壓電致動器的主軸預緊力動態調整實驗臺，其特徵在於機械主軸前端使用第一角接觸球軸承(14)、第二角接觸球軸承(17)、第三角接觸球軸承(18)支撐，機械主軸後端使用第四角接觸球軸承(9)支撐，其中第二角接觸球軸承(17)、第三角接觸球軸承(18)串聯成對使用，第一角接觸球軸承(14)與第二角接觸球軸承(17)面對面安裝，第一角接觸球軸承(14)與第四角接觸球軸承(9)安裝方向相同；在第四角接觸球軸承(9)後側安裝有壓電致動器預緊調整裝置。
3.如權利要求2所述的基於壓電致動器的主軸預緊力動態調整實驗臺，其特徵在於所述壓電致動器預緊調整裝置包括壓電座(6)和均勻分布於壓電座(6)上的六個壓電致動器(7)，所有壓電致動器(7)其加載端與壓電座端面平齊。
4.如權利要求3所述的基於壓電致動器的主軸預緊力動態調整實驗臺，其特徵在於壓電制動器(7)的加載端與第四角接觸球軸承(9)外圈接觸。
5.如權利要求3所述的基於壓電致動器的主軸預緊力動態調整實驗臺，其特徵在於所述主軸預緊力動態調整實驗臺還包括冷卻水套(10)和端蓋(5)，所述冷卻水套(10)設置於壓電座(6)外周，端蓋(5)安裝於冷卻水套(10)端部；該引出結構由壓電座(6)上開設有的U形槽，冷卻水套上(10)上開設有的U形槽，端蓋(5)上的開設有引線孔；壓電致動器(7)連接有引線，該引線沿壓電座(6)上有的U形槽，冷卻水套上(10)上的U形槽和端蓋(5)上的引線孔穿出連接所述控制器。
6.如權力要求5所述的基於壓電致動器的主軸預緊力動態調整實驗臺，其特徵在於，所述機械主軸從右至左依次包括第一段階梯軸、第二段階梯軸、第三段階梯軸、第四段階梯軸和第五段階梯軸，機械主軸右端的第一段階梯軸通過聯軸器與電主軸輸出端相連接；第四角接觸球軸承(9)和壓電致動器預緊調整裝置安裝於第三段階梯軸上，第一角接觸球軸承(14)、第二角接觸球軸承(17)和第三角接觸球軸承(18)設置於第五段階梯軸上。
7.如權力要求6所述的基於壓電致動器的主軸預緊力動態調整實驗臺，其特徵在於，所述主軸預緊力動態調整實驗臺還包括外套(11);所述外套設置於第一角接觸球軸承(14)、第二角接觸球軸承(17)、第三角接觸球軸承(18)和第四角接觸球軸承(9)外側，外套(11)與冷卻水套(10)通過螺栓連接形成密封的冷卻環路。
專利摘要本實用新型公開了一種基於壓電致動器的主軸預緊力動態調整實驗臺，包括機械主軸、壓電致動器預緊調整裝置、控制壓電致動器預緊調整裝置的控制器和電主軸；所述壓電致動器預緊調整裝置設置於所述機械主軸上；所述壓電致動器預緊調整裝置連接所述控制器，所述電主軸通過聯軸器連接所述機械主軸。壓電致動器預緊調整裝置中的壓電致動器數量為6個，並均勻布置在壓電座上，其加載端與壓電座端面平齊。壓電致動器控制軟體可實現六個壓電致動器的實時控制。該實驗臺可以實現對主軸後端軸承預緊力的精確控制，從而改變整個主軸的性能，可獲取在不同預緊情況下主軸的各方面性能測試數據。
文檔編號G01M13/00GK202648921SQ201220186780
公開日2013年1月2日 申請日期2012年4月27日 優先權日2012年4月27日
發明者洪軍, 李小虎, 趙宏, 吳文武, 徐楓, 劉光輝 申請人:西安交通大學