[发明专利]一种超高速超精密空气静压电主轴主动热控制系统及其方法

说明书

本发明公开了一种超高速超精密空气静压电主轴的主动热控制系统及其方法，温度传感器分别置于后径向轴承内套、内置电机定子线圈端部绕组、前径向轴承内套、左止推轴承、右止推轴承、进水口和出水口处；数据采集与处理卡和各温度传感器以及液体流量计相连；工业计算机分别连接数据采集与处理卡和工业控制器，工业控制器分别和自动循环冷水机和电磁比例阀连接；电磁比例阀和自动循环冷水机连接，进行冷却水的流量调节；并通过液体流量计时时监测冷却水的流量。本发明实现空气静压电主轴在工艺参数突变下的实时反馈精确热控制，从而满足空气静压电主轴在不同工作转速下的超精密加工需求。

技术领域

本发明涉及一种超高速超精密空气静压电主轴主动热控制系统及其方法，属于电主轴热控制技术领域。

背景技术

超精密机床正向高精度、高效率和高速度的方向发展，其中超高速超精密空气静压电主轴部件是实现高精、高效切削技术的主体之一，是超精密机床的核心功能部件。为实现超高速和超精密加工，电主轴系统以空气静压支承和电磁直接驱动为典型特征，相对运动部件之间没有直接的机械接触，有利于提高转速和精度。由于电主轴在回转过程中电机定子线圈发热、电机转子电磁涡流发热、空气静压轴承微米间隙高速气流粘性剪切摩擦发热等均会引起主轴系统结构件和压缩气体等介质温升，进而导致结构热变形、电磁驱动和空气静压支承特性的变化。由于结构热变形导致轴承气膜厚度的变化与轴承气膜厚度在同一量级，故空气静压轴承的承载能力和气膜刚度等支承特性受到气膜厚度变化的影响；同时，轴芯的自然频率和模态振型也受之影响。电主轴内置电机的电磁效应也受到电主轴热行为的影响，导致主轴的输出力矩和转速随温度场的变化而波动。综上所述，电主轴的热行为一方面产生轴向热误差直接影响超精密加工精度；另一方面改变了超高速轴芯的动力学行为，继而影响电主轴的回转精度。由于超高速超精密空气静压电主轴调速范围较宽，在复杂工艺要求下主轴的突然加速导致其内部热量的激增，传统温度控制技术具有大延迟的特性，已不能满足实时加工精度要求。因此，需要一种能够实现时时精确控制的超高速超精密空气静压电主轴热控制系统。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的不足，提供一种超高速超精密空气静压电主轴主动热控制系统及其方法，以期实现空气静压电主轴在工艺参数突变下的实时反馈精确热控制，从而满足空气静压电主轴在不同工作转速下的超精密加工需求，为实现超精密加工提供了关键技术保证。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

本发明一种超高速超精密空气静压电主轴的主动热控制系统的特点包括：若干个温度传感器、数据采集与处理卡、工业计算机、工业控制器、自动循环冷水机、电磁比例阀和液体流量计；其中，所述自动循环冷水机自身带有水泵和散热系统；

所述若干个温度传感器分别置于电主轴的后径向轴承内套中、内置电机定子线圈端部绕组中、前径向轴承内套中、左止推轴承中、右止推轴承中、进水口和出水口处；

所述数据采集与处理卡分别和各个温度传感器以及液体流量计相连，用于采集所述电主轴的温度数据和冷却水的温度和流量数据并提供给所述工业计算机；

所述工业计算机分别连接所述数据采集与处理卡和所述工业控制器，用于获取所述温度数据和流量数据并提供给所述工业控制器；

所述工业控制器分别和所述自动循环冷水机和电磁比例阀连接，用于根据所述温度数据和流量数据控制所述冷却水的自动循环和温度调节；

所述电磁比例阀和所述自动循环冷水机连接，用于所述冷却水的流量调节；在所述电磁比例阀上方的进水管处设置有所述液体流量计，用于实时监测冷却水的流量。

本发明所述的超高速超精密空气静压电主轴主动热控制系统的特点也在于，置于后径向轴承内套、内置电机定子线圈端部绕组、前径向轴承内套、左止推轴承、右止推轴承的温度传感器的连接线通过同一走线通道引出。

本发明一种超高速超精密空气静压电主轴主动热控制系统的控制方法的特点是按如下步骤进行：