CN103825396A - 电主轴振动主动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电主轴振动主动控制装置，包括安装于电主轴的轴承组件和对所述轴承组件进行可调式径向定位的可调式定位组件，本发明的电主轴振动主动控制装置，可配合以适当的控制方法实现基于压电陶瓷的高速电主轴的振动主动控制，同时能够适应不同轴承支撑刚度的要求，当高速电主轴工作时便可以通过适当的控制方法来控制压电陶瓷致动器，调节轴心的位置，从而对高速电主轴进行振动的主动控制，以减小高速电主轴的振动，提高零件表面加工质量、加工精度以及加工效率，且零件易于系列化和标准化的设计制造、装置结构简单紧凑、易于装配和维护。

Description

电主轴振动主动控制装置

技术领域

本发明涉及一种振动控制装置，具体是一种电主轴振动主动控制装置。

背景技术

自19世纪80年代以来，压电陶瓷等智能材料的出现为机械的振动主动控制提供了新的方法。近年来，新的研究成果不断出现，但大多数的内容还处于理论公式的推导和数值模拟计算阶段。例如：利用压电陶瓷作为致动器，采用独立模态控制、最优控制等方法对柔性悬臂梁的模态实施主动控制等。而在实际中实现振动主动控制的工作还不多见。国内利用压电陶瓷进行振动的主动控制的研究也一般都集中在对柔性悬臂梁的主动控制上，而用于高速电主轴的振动主动控制的研究几近没有。

因此，为解决以上问题，需要提出了一种含有压电陶瓷、能够适用于不同的轴承支承刚度，且装置结构简单、易于安装维护的高速电主轴振动主动控制装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种含有压电陶瓷、能够适用于不同的轴承支承刚度，且装置结构简单、易于安装维护的高速电主轴振动主动控制装置。本发明的电主轴振动主动控制装置，包括安装于电主轴的轴承组件和对所述轴承组件进行可调式径向定位的可调式定位组件；

进一步，所述可调式定位组件包括至少两组由压电陶瓷驱动器和弹性元件组成的定位组合，压电陶瓷驱动器与相应弹性元件分列于轴承组件径向两侧；各压电陶瓷驱动器及弹性元件沿轴承组件周向均布；压电陶瓷驱动器包括外壳、装于外壳中的压电堆叠和用于将压电堆叠压紧并对其进行轴向定位的端盖，所述压电堆叠外端还设有从端盖中伸出的平头顶杆。

进一步，所述定位组合共设置三组，三个压电陶瓷驱动器之间互成120°夹角；

进一步，所述轴承组件包括轴承和套设于所述轴承外圈外部并对轴承进行轴向和径向定位的轴承套圈；

进一步，所述轴承设有多个且相邻两轴承间通过隔环隔开；

进一步，所述轴承为角接触球轴承；

进一步，所述电主轴振动控制装置还包括轴承座、端盖和轴承锁紧螺母；轴承座固定于主轴外壳，轴承座内部设有能够容纳轴承组件的容腔；端盖固定于轴承座，轴承锁紧螺母固定于轴承座用于沿轴向顶紧轴承；

进一步，所述弹性元件包括沿轴承组件径向设置的顶杆和压缩弹簧；所述顶杆和压缩弹簧径向穿过主轴外壳和端盖；顶杆通过螺纹固定连接于主轴外壳；

进一步，所述压电陶瓷驱动器外圆柱面上设有螺纹并通过该螺纹与主轴外壳和端盖固定连接；压电陶瓷驱动器和顶杆的外端通过螺纹连接有锁紧螺母；

进一步，所述轴承锁紧螺母内端面与端盖之间形成迷宫状间隙。

本发明的有益效果是：本发明的电主轴振动主动控制装置，可配合以适当的控制方法（例如：最用控制法、模态控制）实现基于压电陶瓷的高速电主轴的振动主动控制，同时能够适应不同轴承支撑刚度的要求，当高速电主轴工作时便可以通过适当的控制方法来控制压电陶瓷致动器，调节轴心的位置，从而对高速电主轴进行振动的主动控制，以减小高速电主轴的振动，提高零件表面加工质量、加工精度以及加工效率，且零件易于系列化和标准化的设计制造、装置结构简单紧凑、易于装配和维护。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的右视图；

图3为压电陶瓷驱动器的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为图1的右视图，图3为压电陶瓷驱动器的结构示意图。如图所示，本实施例中的电主轴振动主动控制装置包括安装于电主轴的轴承组件和对所述轴承组件进行可调式径向定位的可调式定位组件。

本实施例中，所述可调式定位组件包括至少两组由压电陶瓷驱动器2和弹性元件组成的定位组合，压电陶瓷驱动器2与相应弹性元件分列于轴承组件径向两侧；各压电陶瓷驱动器2及弹性元件沿轴承组件周向均布，压电陶瓷驱动器2包括外壳12、装于外壳12中的压电堆叠13和用于将压电堆叠13压紧并对其进行轴向定位的压电陶瓷端盖14，所述压电堆叠外端还设有从电陶瓷端盖14中伸出的平头顶杆15。以已知刚度的螺旋压缩弹簧8或弹性元件作为力和位移补偿。压电陶瓷驱动器2和弹性元件均装入高速电主轴内部，顶在轴承组件上，使轴承组件处于全浮动状态。因此，可以通过调节压电陶瓷驱动器2与弹性元的径向深入长度来调节高速电主轴轴心位置。在本装置中，压电陶瓷致动器在提供主动控制力和位移的同时也提供部分轴承的支承刚度，这种结构主要应用于轴承支承刚度比较大的情况。

本实施例中，所述定位组合共设置三组，三个压电陶瓷驱动器2之间互成120°夹角，三组定位组合能有效的对轴承组件进行定位，同时，也便于通过调节压电陶瓷驱动器2与弹性元的径向深入长度来调节高速电主轴轴心位置。

本实施例中，所述轴承组件包括轴承和套设于所述轴承外圈外部并对轴承进行轴向和径向定位的轴承套圈1，轴承用于支撑转轴7进行转动，轴承套圈1内壁与轴承外圈相配合，从而对轴承径向进行有效定位，轴承套圈1的一端沿其径向设有一弯折部并通过该弯折部顶于轴承端面，从而对轴承进行有效的轴向定位。

本实施例中，所述轴承设有多个且相邻两轴承间通过隔环10隔开；多个轴承能大幅度提高轴承组件的支撑能力，避免轴承长时间工作后发生损坏，同时隔环10能对各轴承进行轴向定位，避免轴承沿轴向发生窜动。

本实施例中，所述轴承为角接触球轴承11，角接触球轴承11可同时承受径向负荷和轴向负荷，能在较高的转速下工作。接触角越大，轴向承载能力越高。高精度和高速轴承通常取15度接触角，在轴向力作用下，接触角会增大，采用角接触球轴承11能有效承载转轴7的轴向和径向载荷。

本实施例中，所述电主轴振动控制装置还包括轴承座4、端盖5和轴承锁紧螺母6；轴承座4固定于主轴外壳，轴承座4内部设有能够容纳轴承组件的容腔；端盖5固定于轴承座4，轴承锁紧螺母6固定于轴承座4用于沿轴向顶紧轴承。

本实施例中，所述弹性元件包括沿轴承组件径向设置的顶杆9和压缩弹簧8；所述顶杆9和压缩弹簧8径向穿过主轴外壳和端盖5；顶杆9通过螺纹固定连接于主轴外壳，顶杆9和压缩弹簧8能提供部分轴承的支承刚度，采用这种结构能可靠的运用于轴承支承刚度比较大的情况。

本实施例中，所述压电陶瓷驱动器2外圆柱面上设有螺纹并通过该螺纹与主轴外壳和端盖5固定连接；压电陶瓷驱动器2和顶杆9的外端通过螺纹连接有锁紧螺母3，因此，可以通过旋转调节压电陶瓷驱动器2与弹性元件的径向深入长度来调节高速电主轴主轴轴心位置，调节好后，通过锁紧螺钉将压电陶瓷和弹性元件锁紧固定。

本实施例中，所述轴承锁紧螺母6内端面与端盖5之间形成迷宫状间隙，能有效防止外部杂质、污染物进入高速电主轴内部。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种电主轴振动控制装置，其特征在于：包括安装于电主轴的轴承组件和对所述轴承组件进行可调式径向定位的可调式定位组件。

2.根据权利要求1所述的电主轴振动控制装置，其特征在于：所述可调式定位组件包括至少两组由压电陶瓷驱动器和弹性元件组成的定位组合；所述压电陶瓷驱动器与相应弹性元件分列于轴承组件径向两侧；各压电陶瓷驱动器及弹性元件沿轴承组件周向均布。

3.根据权利要求1所述的电主轴振动控制装置，其特征在于：所述定位组合共设置三组，三个压电陶瓷驱动器之间互成120°夹角。

4.根据权利要求2或3所述电主轴振动控制装置，其特征在于：所述轴承组件包括轴承和套设于所述轴承外圈外部并对轴承进行轴向和径向定位的轴承套圈。

5.根据权利要求4所述电主轴振动控制装置，其特征在于：所述轴承设有多个且相邻两轴承间通过隔环隔开。

6.根据权利要求5所述电主轴振动控制装置，其特征在于：所述轴承为角接触球轴承。

7.根据权利要求6所述电主轴振动控制装置，其特征在于：所述电主轴振动控制装置还包括轴承座、端盖和轴承锁紧螺母；所述轴承座固定于主轴外壳，轴承座内部设有能够容纳轴承组件的容腔；所述端盖固定于轴承座，所述轴承锁紧螺母固定于轴承座用于沿轴向顶紧轴承。

8.根据权利要求7所述电主轴振动控制装置，其特征在于：所述弹性元件包括沿轴承组件径向设置的顶杆和压缩弹簧；所述顶杆和压缩弹簧径向穿过主轴外壳和端盖；顶杆通过螺纹固定连接于主轴外壳。

9.根据权利要求8所述电主轴振动控制装置，其特征在于：所述压电陶瓷驱动器外圆柱面上设有螺纹并通过该螺纹与主轴外壳和端盖固定连接；所述压电陶瓷驱动器和顶杆的外端通过螺纹连接有锁紧螺母。

10.根据权利要求9所述电主轴振动控制装置，其特征在于：所述轴承锁紧螺母内端面与端盖之间形成迷宫状间隙。

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