[发明专利]一种智能电主轴轴承刚度调控方法、系统及智能电主轴

说明书

本发明公开了一种智能电主轴轴承刚度调控方法、系统及智能电主轴，本发明根据智能电主轴当前的磨削工艺参数计算当前的磨削力，根据当前的磨削力查找预设的磨削力/磨削力档位、智能电主轴轴承的目标轴向预紧力两者之间的映射关系确定智能电主轴轴承的目标轴向预紧力，并根据目标轴向预紧力调节智能电主轴轴承的轴向预紧力。针对现有智能电主轴轴承的预紧力也基本不变、轴承动态特性就不能被操作者主动调控的问题，本发明根据当前的磨削工艺参数调节智能电主轴轴承的轴向预紧力，实现了承载能力和刚度特性的可变调控，能够适应低速大负荷、中速中负荷以及高速小负荷切削加工。

技术领域

本发明涉及高速精密机床电主轴、智能磨削、滚动轴承式轴承电主轴的控制技术，具体涉及一种智能电主轴轴承刚度调控方法、系统及智能电主轴。

背景技术

现代装备制造业的发展，对高速精密机床提出了越来越高的要求，其中一个显著特点是，对机床的智能化要求越来越高。电主轴作为机床的核心功能部件，对机床的加工精度和加工效率具有直接而重要的影响，因此电主轴的智能化程度也直接影响着机床的智能化程度。

电主轴在机床工作过程中，直接带动工件或工具(砂轮、刀具等)高速旋转，实现对零件表面材料的去除(切削、磨削、抛光等)和精密加工。当电主轴加工条件和工艺参数(如工件材料、砂轮速度、磨削深度、进给速度等)发生变化时，工件反作用于工具(刀具、砂轮)，进而反作用于电主轴的轴端，使得电主轴的轴端的径向载荷、轴向载荷和扭矩载荷不断发生变化。这些载荷最终由电主轴的定转子和轴承来承受，定转子输出扭矩抵消外部的扭矩载荷，电主轴的轴承承受外部的径向载荷和轴向载荷。

通常情况下，电主轴的轴承只在特定的转速和承载能力范围内具有优越的刚度和寿命性能，可有效支撑电主轴高效率、高精度、高可靠性(长寿命)加工。当外部加工条件变化，导致工作转速和承载能力超出这一范围之后，轴承并不是工作在最合理的工作状态，或者工作效率降低、或者加工精度下降、或者精度寿命缩短。现代制造业对智能电主轴的一个最重要的需求就是，当外部加工条件和加工参数变化后，电主轴系统能够自动优化轴承的刚度等性能，使电主轴始终工作在高效率、高精度、长寿命的理想工作状态。

目前电主轴所采用的轴承，主要有液体静压轴承、角接触球轴承、气体静压轴承。目前工程上的高速电主轴绝大部分采用角接触球轴承作为支承。角接触球轴承既可以承受一定的轴向力，也可以承受一定的径向力。角接触球轴承的内圈和外圈之间必须施加一定的轴向预紧力，才能保证滚动体(陶瓷球或钢球)与轴承的内圈沟道和外圈沟道处于有预变形的预压状态，才能保证轴承高速旋转时滚动体不脱离沟道。角接触球轴承的预紧方式通常有两种：定压预紧和定位预紧。定压预紧通过对组对轴承的内圈和外圈的相对位置进行限位，保证组对轴承内圈和外圈之间获得一定的预紧力。但是在定位预紧方式下，随着转速的升高，轴承摩擦发热增加，滚动体的离心力对轴承外圈沟道的压力增大，轴承的动态刚度会不断提高，容易发生轴承寿命缩短甚至轴承损坏事故。