本发明专利技术公开了一种主轴性能实时监控装置、方法及其标定实验装置、方法，所述主轴性能实时监控装置包括机床、安装于机床上的主轴、安装在主轴外周的主轴测控环、数据处理单元和数控系统，主轴测控环包括隔套，隔套上设有安装孔，安装孔中安装有压电致动器和温度传感器；压电致动器和温度传感器连接数据处理单元；所述数据处理单元对压电致动器和温度传感器输入的信号进行滤波、模数转换和放大后输入数控系统；数控系统根据数据处理单元输入的信号通过压电致动器调节主轴的预紧力、控制报警系统进行报警、控制润滑系统进行润滑或控制冷却系统进行冷却。本发明专利技术结构简单，实施方便，可广泛应用于各类机床主轴系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及主轴性能检测及控制
，尤其是主轴性能实时监测和控制的装置和方法。
技术介绍
数控机床智能化是继高精度、高速度发展之后又一个重要的发展方向，其显著特点是将信息技术和智能技术深度融合与集成在数控装备及其设计、制造过程中。机床主轴作为精密数控机床的核心部件，其智能化水平是未来智能机床水平的关键所在。自2006年9月在MTS展会日本MAZAK公司展出其研发的“自适应”智能机床后，日本大偎、Fanuc、美国辛辛那提、瑞士米克朗等机床公司都开始了智能机床及智能主轴的研发，并取得了一定的成果。在智能主轴产品方面，国外主轴或精密机床公司广泛采用实时精度补偿技术提高主轴精度，如DIXI公司的DHP40型高速精密卧式镗铣加工中心。瑞士IBAG主轴内嵌许多传感器，具有轴承温度控制、轴承和芯轴振动检测等功能。此外，有关主轴智能监控的产品也相继问世，在Weiss公司新的主轴监控和诊断系统(SPIDS)中，传感器被直接集成到主轴中。山崎马扎克也开发出一种"智能主轴"，通过在主轴上配备多种传感器，并通过NC装置对传感器信息进行处理，能对故障等做到防患于未然；米克朗机床制造公司的Spindle Protection System(SPS)从主轴部件的寿命周期和当前的加工轨迹,预测主轴温度、振动等数据的变化，并与传感器收集的实测数据进行比较，当实测数据与预测出现不寻常的偏差，SPS就会试图判断可能出现的故障，并作出降速、停机、提示更换部件、通知操作员等处置。为了实现智能主轴的多种功能，需要在主轴设计过程中，增加不同类型的传感器，这样必然导致整个主轴结构的复杂化。随着主轴结构的改变，主轴本身的性能必然受到影响，如何采用简单有效的方法实现智能主轴多种功能的需求，还需要开展新型主轴性能监控方法和装置的研究。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种以压电致动器为核心作用部件的，通过对多个压电致动器的检测和控制，实现对主轴系统的实时监控。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种主轴性能实时监控装置，包括机床、安装于机床上的主轴、安装在主轴外周的主轴测控环、数据处理单元和数控系统，主轴测控环包括隔套，隔套上设有安装孔，安装孔中安装有压电致动器和温度传感器；压电致动器和温度传感器连接数据处理单元；所述数据处理单元对压电致动器和温度传感器输入的信号进行滤波、模数转换和放大后输入数控系统；数控系统包括伺服系统和可编程逻辑控制器，伺服系统与主轴的电机连接，可编程逻辑控制器和机床的报警系统、润滑系统、冷却系统连接；数控系统根据数据处理单元输入的信号通过压电致动器调节主轴的预紧力、控制报警系统进行报警、控制润滑系统进行润滑或控制冷却系统进行冷却。作为本专利技术的优选实施例，压电致动器均匀安装于隔套圆周方向上均匀分布的安装孔中，压电致动器的安装数量大于3且小于最大可安装数量。作为本专利技术的优选实施例，数据处理单元包括单片机、信号调理单元、多路开关、模数转换单元和功率放大单元；主轴测控环上的压电致动器和温度传感器与信号调理单元连接，压电致动器和温度传感器的信号经信号调理单元实现传感器信号的交直流分离和信号滤波；多路开关与信号调理单元连接，用于多路传感器信号的选择；功率放大单元与多路开关连接，用于信号的大小变换；模数转换单元与功率放大单元连接，用于将检测到的模拟信号转换成数字信号；单片机连接信号调理单元、多路开关、模数转换单元和功率放大单元，通过其内部指令实现控制信号调理单元、多路开关、模数转换单元和功率放大单元的协 调工作。作为本专利技术的优选实施例，数控系统根据数据处理单元输入的信号判定主轴运行状态，所述运行状态包括运行正常、主轴过热、主轴颤振、主轴故障和主轴预紧力过大。主轴性能实时监控装置的监控方法，主轴在电机的驱动下转动时，温度控制器和压电致动器分别将测量得到的主轴旋转时的温度模拟信号和主轴预紧力模拟信号输入数据处理单元的信号调理单元，经信号调理单元滤波后，由模数转换单元将模拟信号转换为数字信号，由功率放大单元将信号放大后输入数控系统进行主轴运行状态的判定，如果主轴运行正常，则继续进行信号采集和状态判定；如果判定为主轴过热，则数控系统发出冷却系统调整指令给可编程逻辑控制器，将指令转换为冷却系统可以执行的指令传给冷却系统，然后增加冷却系统的流量，实现主轴系统的降温；如果判定为主轴颤振，则数控系统发出主轴转速调整指令，指令通过伺服系统实现主轴转速的调整；如果判定为主轴故障，则由数控系统发出停机及报警指令，通过伺服系统实现主轴停转，通过可编程逻辑控制器启动机床报警系统；如果判定为主轴预紧力过大，数控系统发出预紧力调整指令，通过数据处理单元的信号数模变换转换为模拟信号，由多路开关送至功率放大单元，功率放大单元控制电压送至压电致动器控制压电致动器的伸出量，实现主轴预紧力的调整。一种主轴性能实时监控装置的标定实验装置，包括主轴前端的载荷接头、前端轴承、主轴、主轴测控环、后轴承、隔圈、锁紧螺母、数据调理单元、数据采集卡、PC机和主轴控制单兀；如端轴承和后端轴承分别安装在王轴的如后端，相邻的后端轴承之间设直有隔套；后端轴承通过轴肩和锁紧螺母固定在主轴上，前端轴承通过端盖和轴承挡肩固定在主轴上；主轴测控环安装在后端轴承的前端，并通过后端轴承和轴承挡肩固定在主轴上；数据调理单元包括信号调理单元、多路开关、模数转换单元和功率放大单元；主轴测控环上安装有压电致动器和温度传感器，压电致动器和温度传感器与信号调理单元连接，压电致动器和温度传感器的输出信号经信号调理单元进行交直流分离和信号滤波；多路开关与信号调理单元连接，用于实现多路传感器信号的选择；功率放大单元与多路开关连接，实现信号的大小变换；模数转换单元与功率放大单元连接，它将检测到的模拟信号转换成数字信号；信号调理单元、数据采集卡、PC机和主轴控制单元依次连接；PC机包括数据采集单元、数据分析单元和数据存储单元；主轴控制单元包括转速控制单元、冷却控制单元和润滑控制单J Li o作为本专利技术的优选实施例，所述标定实验装置还包括作用于载荷接头上的轴向加载装置和径向加载装置。一种主轴性能实时监控装置的标定实验装置的标定方法，轴向加载和径向加载通过载荷接头与主轴连接，用于不同工况下主轴的载荷模拟；模拟不同工况时，通过轴向加载和径向加载通过载荷接头对主轴分别加载轴向和径向上的载荷，由主轴控制单元通过转速控制单元实现对主轴转速的控制，由冷却控制单元实现不同流量的冷却控制，由润滑控制单元实现不同润滑量的润滑控制；主轴模拟运转后，主轴测控环的温度传感器和压电致动 器信号经过数据调理单元的信号调理单元和模数转换单元处理后，进入数据采集卡，数据采集卡安装在PC机的插槽中，并通过PC机上的数据采集单元、数据分析单元和数据存储单元进行数据采集、数据分析和数据存储，不同工况下的数据经过信息距离计算或状态特征计算后，形成标准模式，记录到PC机。作为本专利技术的优选实施例，将所述标准模式存储于主轴性能实时监控装置的数控系统，用于机床工作过程中的主轴状态判定。作为本专利技术的优选实施例，主轴性能实时监控系统根据测控环所获得的振动、温度、预紧、载荷信息，采用对比分析或信息距离方法进行主轴状态判断，并通过PLC和数控系统实现对主轴系统的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：洪军，吴文武，李小虎，张秀华，田久良，徐枫，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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