[发明专利]数控机床智能电主轴系统

说明书

一种数控机床智能电主轴系统，包括：主轴部分和控制器部分，其中：主轴部分设置于数控机床上，控制器部分分别通过数据接口与数控机床的数控系统相连，接收实时加工信息并发送主轴误差补偿信息，通过网络节点与物联网相连并传输实时状态信息以及实时加工信息。本发明具有自我感知和调节加工参数和运行环境的能力，从而实现主轴误差补偿、主轴温度控制、主轴碰撞保护、主轴轴承预紧力自适应调节等多种功能，有效提高电主轴的精度、寿命和加工效率。

技术领域

本发明涉及的是一种机床制造领域的技术，具体是一种数控机床智能电主轴系统。

背景技术

主轴是数控机床的重要零部件之一，在机床的切削加工中起到旋转刀具并提供切削能量。加工过程中的能量耗散会导致主轴温度升高，进而导致主轴的热变形，引起加工误差。此外，高速旋转的主轴在切削中可能引发颤振，影响加工质量和机床寿命。因此主轴的变形和振动极大地影响了工件的加工精度。此外，在加工过程中，不合理的加工参数和错误的操作会引起主轴与工件或机床其余部分的碰撞，导致机床损坏，严重的将引发生产安全事故。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种数控机床智能电主轴系统，具有自我感知和调节加工参数和运行环境的能力，从而实现主轴误差补偿、主轴温度控制、主轴碰撞保护、主轴轴承预紧力自适应调节等多种功能，有效提高电主轴的精度、寿命和加工效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：主轴部分和控制器部分，其中：主轴部分设置于数控机床上，控制器部分分别通过数据接口与数控机床的数控系统相连，接收实时加工信息并发送主轴误差补偿信息，通过网络节点与物联网相连并传输实时状态信息以及实时加工信息。

所述的实时加工信息包括：机床坐标、主轴转速、主轴功率或电流和机床进给速度信息。

所述的主轴误差补偿信息包括：机床各进给轴的坐标偏移值。

所述的实时状态信息包括：主轴温度、轴承预紧力、主轴热误差信息。

所述的主轴部分包括：带有冷却装置的主轴箱壳体以及依次设置于主轴箱壳体内部的定子和位于其中的带有转子的主轴，其中：主轴通过轴承、转动设置于主轴箱壳体内并在定子和转子的驱动下旋转，转子正对定子，轴承与主轴箱壳体之间分别设有预紧力调节装置。

所述的控制器部分包括：误差补偿模块、温度控制模块、主轴碰撞保护模块、自适应预紧模块等多种功能模块，其中：误差补偿模块根据数据采集模块采集到的来自位移传感器的位移信号以及主轴误差模型计算出当前的补偿值并输出给数控机床的数控系统，通过数控系统自身的误差补偿功能对主轴的变形进行补偿；温度控制模块根据数据采集模块采集到的前轴承温度传感器和后轴承温度传感器的温度信号以及主轴的热特性模型，通过数据采集模块控制主轴冷却装置以调节主轴的冷却速率；主轴碰撞保护模块根据数据采集模块采集到的振动传感器的振动信号以及碰撞识别模型快速识别出因为主轴碰撞产生的异常振动信号并发出碰撞警报至数控系统，由数控系统调用自身的碰撞保护功能对主轴和机床实现碰撞保护；自适应预紧模块根据数据采集模块采集到的前轴承温度传感器和后轴承温度传感器的温度信号以及振动传感器的振动信号并根据轴承预紧力-刚度模型计算出当前的最佳预紧力，并通过数据采集模块控制后轴承预紧力调节装置和前轴承预紧力调节装置，调节前轴承和后轴承的预紧力。

技术效果