專利名稱：一種能對非直驅(qū)磨床磨頭振動進行在線主動控制的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磨床磨頭振動的控制裝置，尤其是對非直驅(qū)磨床磨頭振動進行在線主
動控制的裝置。
背景技術(shù)：
磨床主軸在旋轉(zhuǎn)運行中由于受到切削力、不平衡力以及機床基礎(chǔ)振動，會產(chǎn)生各 種振動，嚴(yán)重影響了磨床的加工精度。其振動形式包括已知頻率的、未知頻率的、簡諧振動、 離散譜振動、連續(xù)譜振動等。這就是在許多情況下，機床本身雖具有很高的精度，卻難以獲 得高的加工精度的原因。 由于磨床主軸上的砂輪磨頭在使用過程中，其質(zhì)量分布是緩慢變化的，因此，以離 線方式精確校準(zhǔn)磨床主軸動平衡的方法不能有效地解決磨床主軸在使用中的不平衡振動 問題。在主軸上安裝在線自動平衡頭是常用的對磨床主軸不平衡進行在線補償?shù)姆椒?。?是其缺點也是先而易見的，其一，平衡頭只針對由轉(zhuǎn)子不平衡引起的同步振動有效，而對其 它頻率的振動無能為力。其二，由于安裝位置和對磨床主軸自身轉(zhuǎn)動慣量的影響，限制了平 衡頭的應(yīng)用范圍。其三，由于需要向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)內(nèi)傳送控制電信號，需采用滑環(huán)和碳刷等易耗 件，限制了磨床主軸的旋轉(zhuǎn)速度極限。 隨著電磁力控制技術(shù)的發(fā)展，可控電磁執(zhí)行裝置被廣泛地應(yīng)用在振動主動控制領(lǐng) 域。其無接觸、對環(huán)境沒有特殊要求、能夠在線進行控制等性能優(yōu)勢使它在工業(yè)應(yīng)用中越來 越受到關(guān)注。 一般磨床主軸由普通軸承支承，主軸一端有夾具可安裝磨頭砂輪，砂輪旋轉(zhuǎn)對 工件進行磨削。磨床主軸一般采用電機直驅(qū)和非直驅(qū)兩種結(jié)構(gòu)。電機直驅(qū)結(jié)構(gòu)是將驅(qū)動電 機放置在兩軸承之間并與主軸作為一個整體，非直驅(qū)式磨床主軸結(jié)構(gòu)是驅(qū)動電機經(jīng)皮帶輪 或者齒輪變速機構(gòu)間接帶動。 無論是直驅(qū)還是非直驅(qū)形磨床主軸結(jié)構(gòu)，都可以在主軸的軸承位置將傳統(tǒng)的軸承 改換為主動電磁軸承，形成全主動電磁懸浮的主軸結(jié)構(gòu)，來對主軸的振動進行主動控制。但 是，全主動電磁軸承的高成本，高控制復(fù)雜度，而且目前還有支承剛度偏低等技術(shù)瓶頸尚未 突破，始終阻礙了主動電磁軸承大范圍推廣應(yīng)用。因此在目前一段時間，以傳統(tǒng)軸承為主要 支撐元件的磨床主軸仍然占有很大的比例。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前大量非直驅(qū)磨床磨頭由于運行時主軸振動引起的加工精度下降的問題， 本發(fā)明的目的是提出一種能夠?qū)χ鬏S的振動進行進行在線主動控制的裝置，從而降低磨床 主軸的振動和噪聲，以提高磨床主軸回轉(zhuǎn)精度，提高加工質(zhì)量。 本發(fā)明的能對非直驅(qū)磨床磨頭振動進行在線主動控制的裝置，包括砂輪磨頭(1)、 滾動或滑動主軸軸承(2)、磨床主軸(5)、皮帶和齒輪傳動機構(gòu)(6)以及電機(7)，其特征是 還包括主動電磁執(zhí)行裝置，主動電磁執(zhí)行裝置包括定子(3)、轉(zhuǎn)子軸頸(4)、兩個分別檢測 磨床主軸在水平X和垂直Y兩個方向上徑向振動的傳感器(8)、將輸入的振動信號轉(zhuǎn)換成四路驅(qū)動信號的控制器(10)以及四通道功率放大器(ll)，轉(zhuǎn)子軸頸(4)緊固在磨床主軸(5)上，定子(3)為環(huán)形，在定子內(nèi)側(cè)的水平X軸正方向、水平X軸負(fù)方向、垂直Y軸正方向和垂直Y軸負(fù)方向這四個坐標(biāo)軸方向分別分布1個或多個磁極，每個磁極上嵌有繞組(9)，同屬一個坐標(biāo)軸方向的磁極上的繞組串聯(lián)連接，形成四組串聯(lián)繞組，繞組通電后每個坐標(biāo)軸方向的磁極對轉(zhuǎn)子軸頸(4)產(chǎn)生的電磁合力方向與對應(yīng)的坐標(biāo)軸方向一致，兩個振動傳感器(8)的信號輸出端與控制器(10)的輸入端相連，控制器(10)的四路驅(qū)動信號輸出端與四通道功率放大器(11)的輸入端相連，四通道功率放大器(11)的四路輸出端分別與定子的四組串聯(lián)繞組相連。 本發(fā)明中，所說的每個磁極的形狀可以為C型，也可以為E型。
當(dāng)磁極形狀為C型時，每個C型磁極包含2個定子極，定子(3)共有4X(2XN)個定子極，其中N表示每個坐標(biāo)軸方向的磁極個數(shù)，每個磁極的2個定子極的極性相反，形成一個環(huán)形磁通回路(12)。 當(dāng)磁極形狀為E型時，每個E型磁極包含3個定子極，定子(3)共有4X(3XN)個定子極，其中N表示每個坐標(biāo)軸方向的磁極個數(shù)，3個定子極中，兩側(cè)定子極的極性相同，中間定子極與兩側(cè)定子極的極性相反，形成兩個環(huán)形磁通回路(13)。
本發(fā)明中，所說的振動傳感器可以是非接觸式位移傳感器或加速度傳感器。
本發(fā)明的轉(zhuǎn)子軸頸由環(huán)形硅鋼片疊制而成，轉(zhuǎn)子軸頸外表面與定子內(nèi)表面的徑向間隙為0. 2 2. 0mm。轉(zhuǎn)子軸頸可緊固在磨床主軸兩軸承的中間或緊固在磨頭端部。
工作時，兩個振動傳感器分別檢測水平X、垂直Y方向的振動量。振動傳感器信號作為控制器的輸入信號，根據(jù)磨床主軸振動的實時位移或加速度情況，經(jīng)過控制器將輸入的水平X和垂直Y方向的振動信號轉(zhuǎn)換成四路驅(qū)動控制信號，由功率放大器放大后驅(qū)動4對串聯(lián)繞組，在磨床主軸徑向平面上對轉(zhuǎn)子軸頸產(chǎn)生任意方向的電磁力，使磨床主軸迅速回到原始位置，達到抑制磨床主軸徑向振動的目的。 本發(fā)明的能對非直驅(qū)磨床磨頭振動進行在線主動控制的裝置是主動振動控制技術(shù)在磨床主軸上的應(yīng)用，不需要改變原有磨床主軸基本結(jié)構(gòu)的情況下，通過在磨床主軸上設(shè)置一個主動電磁執(zhí)行裝置，來實現(xiàn)對磨床主軸的振動進行在線主動控制，能有效減小磨床主軸在運行中由于切削力、不平衡力以及機床基礎(chǔ)振動所引起的振動和噪聲，提高主軸回轉(zhuǎn)精度，最終達到提升現(xiàn)有非直驅(qū)式磨床加工精度的目的，延長機床的使用壽命。


圖1本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖2是C型磁極的8極定子結(jié)構(gòu)橫截面示意 圖3是E型磁極的12極定子結(jié)構(gòu)橫截面示意 圖4是主動電磁執(zhí)行裝置控制原理圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。 參見附圖l，本發(fā)明的能對非直驅(qū)磨床磨頭振動進行在線主動控制的裝置，包括砂輪磨頭(1)、滾動或滑動主軸軸承(2)、磨床主軸(5)、皮帶和齒輪傳動機構(gòu)(6)、電機(7)以及主動電磁執(zhí)行裝置，主動電磁執(zhí)行裝置包括定子(3)、轉(zhuǎn)子軸頸(4)、兩個分別檢測磨床主軸在水平X和垂直Y兩個方向上徑向振動的傳感器(8)、將輸入的振動信號轉(zhuǎn)換成四路驅(qū)動信號的控制器(10)以及四通道功率放大器(ll)，轉(zhuǎn)子軸頸(4)緊固在磨床主軸(5)上，兩個振動傳感器(8)的信號輸出端與控制器(10)的輸入端相連，控制器(10)的四路驅(qū)動信號輸出端與四通道功率放大器(11)的輸入端相連，四通道功率放大器(11)的四路輸出端分別與定子的四組串聯(lián)繞組相連。 定子(3)為環(huán)形，在定子內(nèi)側(cè)的水平X軸正方向、水平X軸負(fù)方向、垂直Y軸正方向和垂直Y軸負(fù)方向這四個坐標(biāo)軸方向分別分布1個或多個磁極。以每個坐標(biāo)軸方向只有1個C型磁極為例，定子為8極結(jié)構(gòu)，參見附圖2。每個磁極包含2個定子極，每個定子極上嵌有繞組(9)，同屬一個坐標(biāo)軸方向的磁極上的繞組串聯(lián)連接，形成4組串聯(lián)繞組。每組串聯(lián)繞組通電后兩個定子極性相反，每個磁極各自形成一個環(huán)形磁通回路(12)，對轉(zhuǎn)子軸頸(4)分別產(chǎn)生水平X軸正方向、水平X軸負(fù)方向、垂直Y軸正方向和垂直Y軸負(fù)方向的電磁力。 以每個坐標(biāo)軸方向只有1個E型磁極為例，定子為12極結(jié)構(gòu)，參見附圖3，每個磁極包含3個定子極。每個定子極上嵌有繞組(9)，同屬一個坐標(biāo)軸方向的磁極上的繞組串聯(lián)連接，形成4組串聯(lián)繞組。 一般情況，中間定子極的寬度大于兩側(cè)極的寬度，使得磁極上的繞組通電后3個定子極的磁通密度相同，3個定子極中，兩側(cè)定子極的極性相同，中間定子極與兩側(cè)定子極的極性相反，每個磁極可各自形成兩個環(huán)形磁通回路(13)，同樣可對轉(zhuǎn)子軸頸(4)分別產(chǎn)生水平X軸正方向、水平X軸負(fù)方向、垂直Y軸正方向和垂直Y軸負(fù)方向的電磁力。 主動電磁執(zhí)行裝置控制原理如圖4所示，為表述方便，圖中以C型磁極的8極定子結(jié)構(gòu)為例。通過兩個振動傳感器8分別檢測水平x、垂直y方向的振動量。振動傳感器信號作為控制器10的輸入信號，控制器IO根據(jù)磨床主軸振動的實時位移或加速度情況，經(jīng)過控制器10將輸入的水平X和垂直Y方向的振動信號轉(zhuǎn)換成四路驅(qū)動控制信號，由功率放大器11放大后驅(qū)動4組串聯(lián)繞組對轉(zhuǎn)子軸頸形成徑向電磁力，使磨床主軸受力迅速回到原始位置，達到抑制磨床主軸徑向振動的目的。 定子繞組為直流驅(qū)動方式，即繞組中的驅(qū)動電流只會改變大小，不會改變方向；為使電磁力實現(xiàn)線性化控制，水平正負(fù)兩個方向和垂直正負(fù)兩個方向的串聯(lián)繞組可各自采用差動電流控制方式。
權(quán)利要求
一種能對非直驅(qū)磨床磨頭振動進行在線主動控制的裝置，包括砂輪磨頭(1)、滾動或滑動主軸軸承(2)、磨床主軸(5)、皮帶和齒輪傳動機構(gòu)(6)以及電機(7)，其特征是還包括主動電磁執(zhí)行裝置，主動電磁執(zhí)行裝置包括定子(3)、轉(zhuǎn)子軸頸(4)、兩個分別檢測磨床主軸在水平X和垂直Y兩個方向上徑向振動的傳感器(8)、將輸入的振動信號轉(zhuǎn)換成四路驅(qū)動信號的控制器(10)以及四通道功率放大器(11)，轉(zhuǎn)子軸頸(4)緊固在磨床主軸(5)上，定子(3)為環(huán)形，在定子內(nèi)側(cè)的水平X軸正方向、水平X軸負(fù)方向、垂直Y軸正方向和垂直Y軸負(fù)方向這四個坐標(biāo)軸方向分別分布1個或多個磁極，每個磁極上嵌有繞組(9)，同屬一個坐標(biāo)軸方向的磁極上的繞組串聯(lián)連接，形成四組串聯(lián)繞組，繞組通電后每個坐標(biāo)軸方向的磁極對轉(zhuǎn)子軸頸(4)產(chǎn)生的電磁合力方向與對應(yīng)的坐標(biāo)軸方向一致，兩個振動傳感器(8)的信號輸出端與控制器(10)的輸入端相連，控制器(10)的四路驅(qū)動信號輸出端與四通道功率放大器(11)的輸入端相連，四通道功率放大器(11)的四路輸出端分別與定子的四組串聯(lián)繞組相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能對非直驅(qū)磨床磨頭振動進行在線主動控制的裝置，其特征在于每個磁極的形狀為C型，每個C型磁極包含2個定子極，定子(3)共有4X(2XN)個定子極，其中N表示每個坐標(biāo)軸方向的磁極個數(shù)，每個磁極的2個定子極的極性相反，形成一個環(huán)形磁通回路(12)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能對非直驅(qū)磨床磨頭振動進行在線主動控制的裝置，其特征在于每個磁極的形狀為E型，每個E型磁極包含3個定子極，定子(3)共有4X(3XN)個定子極，其中N表示每個坐標(biāo)軸方向的磁極個數(shù)，3個定子極中，兩側(cè)定子極的極性相同，中間定子極與兩側(cè)定子極的極性相反，形成兩個環(huán)形磁通回路(13)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能對非直驅(qū)磨床磨頭振動進行在線主動控制的裝置，其特征在于振動傳感器(8)為非接觸式位移傳感器或加速度傳感器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能對非直驅(qū)磨床磨頭振動進行在線主動控制的裝置，其特征在于轉(zhuǎn)子軸頸(4)由環(huán)形硅鋼片疊制而成，轉(zhuǎn)子軸頸外表面與定子內(nèi)表面的徑向間隙為0. 2 2. 0mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能對非直驅(qū)磨床磨頭振動進行在線主動控制的裝置，其特征在于轉(zhuǎn)子軸頸(4)緊固在磨床主軸兩軸承的中間或磨頭端部。
全文摘要
本發(fā)明公開的能對非直驅(qū)磨床磨頭振動進行在線主動控制的裝置，是在原有的磨床主軸上設(shè)置主動電磁執(zhí)行裝置，主動電磁執(zhí)行裝置包括定子、轉(zhuǎn)子軸頸、兩個檢測磨床主軸振動的傳感器和控制器，轉(zhuǎn)子軸頸緊固在磨床主軸上，在定子內(nèi)側(cè)的坐標(biāo)軸方向分別分布1個或多個磁極，每個坐標(biāo)軸方向磁極上的繞組串聯(lián)連接，可分別產(chǎn)生水平正、負(fù)方向和垂直正、負(fù)方向的電磁力，兩個振動傳感器的信號輸出端與控制器的控制邏輯信號輸入端相連，經(jīng)控制邏輯運算將輸入的振動信號轉(zhuǎn)換成四路差動控制信號驅(qū)動4對串聯(lián)繞組，在磨床主軸徑向平面上對轉(zhuǎn)子軸頸產(chǎn)生任意方向的電磁力，使磨床主軸受力迅速回到原始位置，從而降低主軸的振動和噪聲，提高主軸回轉(zhuǎn)精度。
文檔編號B24B51/00GK101722473SQ201010040080
公開日2010年6月9日 申請日期2010年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日
發(fā)明者祝長生, 蔣科堅 申請人:浙江大學(xué)