[发明专利]一种基于声表面波的电主轴温度测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及机床主轴温度测量领域，特别是涉及一种用于机床电主轴的无线无源温度测量装置。

背景技术

电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。高速数控机床主传动系统取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”。

电主轴与直线电机技术、高速刀具技术一起，把高速加工推向一个新时代，在高效加工领域有着举足轻重的作用。大量研究表明，主轴发热是影响其性能(刚度、精度、使用寿命)的最主要因素之一，由其导致的主轴热误差是数控机床等精密加工机械的最大误差源。随着机床可靠性与精度稳定性要求的不断提高，电主轴热状态感知和控制的重要性日益突出。

如授权公告号为CN202994320U的专利文献公开了一种高速加工中心电主轴前后轴承温度测试系统。该专利文献的电主轴前轴承径向方向设置三个直通轴承外圈的热电偶传感器安装孔；电主轴前轴承径向方向的前热电偶传感器螺纹安装孔装有直通电主轴前轴承外圈的三支热电偶传感器，前轴承密封细牙堵丝旋装在前热电偶传感器螺纹安装孔内；热电偶传感器的底部探头与电主轴前轴承外圈接触。

电主轴发热源主要是前后轴承和内置电动机的定、转子。传统测试电主轴温度的方法一般采用有源有线、有源无线或红外测温，这些监测技术存在诸多局限性，主要表现在：(1)传统有线传感器在旋转结构上受到走线空间的限制，往往难以实现在理想测点上的安装，且监测系统通常需要多个传感器，使得电源线和信号线的配置更加复杂，线路也往往因复杂多变的工况(如旋转、振动等)发生短路、断路的问题，致使传感器失效，或降低监测的有效性和可靠性；(2)无线传感器摆脱了走线的限制，但仍受到供能问题和体积问题的困扰。无线传感器一般通过电池供电，应用于精密电主轴内部转轴温度检测存在电池耗尽后难以更换的问题，同时，电池供电会显著增大传感器体积，这一方面使得其在电主轴的狭小空间中安装困难，另一方面使得传感器在小直径轴类部件上难以紧密贴合，从而导致测量精度下降。(3)采用红外摄像对机床主轴箱进行非接触式热态监测。该方法虽然操作简单，但只能获得测量对象的表面温度，且测量效果受到表面材料、测量角度、表面加工情况及粗糙度等多种因素的影响；同时，红外摄像法无法应用于振动等其它物理量的测量。因此，建立一种新型的、便捷有效并可用于真实加工环境下的旋转结构测量手段，实现机床电主轴的嵌入式监测，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种基于声表面波的电主轴温度测量装置。解决了现有测量技术诸多局限性的问题。

本发明采取的技术方案如下：

一种基于声表面波的电主轴温度测量装置，包括：

环形导槽，设置在电主轴的壳体内，且环形导槽具有导电材料层；

声表面波温度传感器，固定在电主轴的转轴上，声表面波温度传感器的信号输出端与所述环形导槽滑动配合且与所述导电材料层相接触；

天线，一端伸入环形导槽与所述导电材料层接触，另一端穿出所述壳体；

质询端天线，设置在所述壳体的外侧，与所述天线配合进行信号传输，质询端天线通过同轴电缆连接有质询端读取器；

控制器，与所述质询端读取器连接，用于控制质询端读取器。

声表面波传感是近些年发展起来的一种新的传感测量方式。声表面波传感器除了具有精度和灵敏度高，线性度好等特点外，更重要的是实现了传感器的无线和无源化。声表面波传感器一般在射频段工作，可以将声表面波输出信号直接转化成为电磁波发射出去，实现信息的无线传输。声表面波传感器的基片采用压电材料，传感器受电磁波激发时具有储能特性，在信号回传时无需额外供电，只以电磁波作为能量的供应和信号传输的工具，从而摆脱了电池的限制，实现传感信号反馈的无源化。本发明通过设置天线以及环形导槽，克服了电磁信号难以通过密闭金属壳体传播而导致的声表面波传感器无法在电主轴内部应用的问题，温度测量装置无需电源，结构更加紧凑，可长期置于转轴内部工作；采用无线方式进行信息传送，克服了现有的有线连接布线困难及连接线寿命短的弊端，本发明能够实现对电主轴温度的无线、无源长效监测。

作为优选，所述声表面波温度传感器包括：

导热套，与所述转轴固定；

滑动座，设置在导热套内，能沿导热套的轴线运动；