[发明专利]一种热伸长自检测的电主轴结构

说明书

技术领域

本发明涉及电主轴结构，尤其是涉及一种热伸长自检测的电主轴结构。

背景技术

电主轴是“高频主轴”的简称，是内装式电机主轴单元。它把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”，具有结构紧凑、机械效率高、回转速度和回转精度高、噪声低、振动小等优点。电主轴的应用大大提高了加工效率和加工质量，降低了产品成本，是现代高速高精机床的最重要的功能部件之一。然而，随着电主轴转速的提高，动子和定子的磁效应发热、轴承的摩擦发热量很大，导致电主轴随着工作时间的增长，其轴向的热伸长也越来越大。对于常规的零件加工而言，由于深度方向的尺寸精度要求不高，故影响不大。但对航空航天、精密模具中广泛使用的三维复杂曲面而言，其深度方向的热伸长会导致曲面上有较为明显的台阶，从而严重影响曲面的加工精度。

目前该问题的解决方法主要有1、采用热对称，热优化分析设计，来最大限度的减小主轴的热伸长；2、采用加工前先对主轴的热误差进行检测，然后通过建模，并实时监测主轴的温度，从而预测出主轴的热伸长。方法1的缺点是可以减小电主轴的热伸长，但在如今高速，高精度加工成为趋势，电主轴的工作转速会越来越高，高的发热量肯定是不可避免的，因而该方法无法有效避免热伸长所造成的影响。而方法2的缺点是集成度低、无法实现实时检测主轴的热伸长，同时在不同类型的主轴，不同的加工工艺下，主轴热伸长的规律也不尽相同，需要做大量的实验才能获得较好的补偿效果。

如果能够实现主轴的热伸长自检测，根据检测结果通知数控系统做相应的误差，无疑是一种比较理想而可靠的方式。而加工时由于电主轴的转速通常超过6000r/min，加工时的现场工况也相当复杂，使得加工时直接检测主轴的热伸长非常困难。因而设计出一种自带热伸长功能自检测的电主轴结构，便显得非常有必要。

发明内容

为了避免电主轴热伸长所造成的加工误差，本发明的目的在于提供一种热伸长自检测的电主轴结构，通过该结构可以实时检测出主轴的热伸长，还能够检测出主轴的轴向窜动。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明是在套筒内圆柱面上固定有定子，安装在套筒孔两端的主轴前轴承座和主轴后轴承中安装主轴，固定在主轴上的动子与定子之间为转动配合，用于测量动子相对于套筒热伸长的非接触位移传感器套在前端主轴上，非接触位移传感器固定于主轴前轴承端盖中，用于测量套筒的温度分布的温度传感器轴向均匀布置于套筒的外圆柱面上。

所述的温度传感器为热电偶或热电阻，温度传感器的个数为2～10。

本发明具有的有益的效果是：

通过对热伸长的自检测，热伸长所造成的加工误差可以很容易被补偿，本发明可以对主轴热伸长进行实时检测，也能够检测主轴的轴向窜动，避免了在加工现场测量主轴热伸长的难题。本主轴结构尤其适合于航空航天、精密模具的高精度加工。

附图说明

附图是热伸长自检测的电主轴结构示意图。

图中：1.主轴前轴承端盖，2A.主轴前轴承座，2B.主轴后轴承座，3.套筒，4.温度传感器，5.主轴后轴承端盖，6.轴承，7.动子，8.定子，9.非接触位移传感器，10.主轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如附图所示，在套筒3内圆柱面上固定有定子8，安装在套筒3孔两端的主轴前轴承座2A和主轴后轴承座2B的轴承6中安装主轴10，固定在主轴10上的动子7与定子8之间为转动配合，用于测量动子7相对于套筒3热伸长的非接触位移传感器9套在前端主轴上，非接触位移传感器9固定于主轴前轴承端盖1中，用于测量套筒3的温度分布的温度传感器4轴向均匀布置于套筒3的外圆柱面上，套筒3、主轴前轴承端盖1和主轴后轴承端盖5将电主轴及其支承部件封装起来，起到保护和电磁隔离的作用。

所述的温度传感器4为热电偶或热电阻，温度传感器4的个数为2～10个，检测出套筒的温度分布，并计算套筒的热伸长。

套筒的热伸长计算方法如下：将N个温度传感器均匀布置于套筒上，设套筒的总长度为L，套筒的热膨胀系数为δ，N个温度传感器的温度为T₁-T_N，则套筒的热伸长为温度传感器可以选用热电偶，热电阻，温度传感器的数目优选为3个。