CN107263215A - 一种用于机床电主轴的偏心补偿系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机床领域，具体涉及一种用于机床电主轴的偏心补偿系统。本发明的技术方案如下：一种用于机床电主轴的偏心补偿系统，包括位移检测装置、电主轴偏心补偿结构和异步电机偏心补偿结构，位移检测装置包括多个位移传感器，所述位移传感器均匀设置在电主轴轴承端的轴截面位置；电主轴偏心补偿结构包括多个电磁铁，所述电磁铁均匀设置在电主轴轴承端的轴截面处；异步电机偏心补偿结构包括悬浮力绕组，所述悬浮力绕组设置在异步电机的定子中，所述悬浮力绕组通过改变通入电流方向来改变对电主轴转子端产生的悬浮力从而起到对电主轴偏心进行补偿的作用。本发明可以自动识别电主轴偏心并进行补偿改善，使机床能够持续稳定的正常运转。
Description
技术领域
本发明属于机床领域，具体涉及一种用于机床电主轴的偏心补偿系统。
背景技术
高速电主轴单元是高速加工机床最为关键的部件，电主轴的动态性能直接影响机床的加工精度。高性能电主轴必须具备高刚度、低振动等性能。由于制造及安装误差，电主轴气隙会产生偏心，即由于定转子中心偏移产生的静偏心及由于转子与转轴之间中心偏移产生的动偏心。气隙偏心时产生的单边磁拉力将导致电机振动及噪音，并使转轴产生变形，从而进一步增大偏心。因此，对电主轴偏心问题的改善研究是提升电主轴性能的关键之一。
发明内容
本发明提供一种用于机床电主轴的偏心补偿系统，可以自动识别电主轴偏心并进行补偿改善，使机床能够持续稳定的正常运转，同时也延长了电主轴的使用寿命，节省机床使用成本。
本发明的技术方案如下：
一种用于机床电主轴的偏心补偿系统，包括位移检测装置、电主轴偏心补偿结构和异步电机偏心补偿结构，位移检测装置包括多个位移传感器，所述位移传感器均匀设置在电主轴轴承端的轴截面位置；电主轴偏心补偿结构包括多个电磁铁，所述电磁铁均匀设置在电主轴轴承端的轴截面处；异步电机偏心补偿结构包括悬浮力绕组，所述悬浮力绕组设置在异步电机的定子中，所述悬浮力绕组通过改变通入电流方向来改变对电主轴转子端产生的悬浮力从而起到对电主轴偏心进行补偿的作用。
所述的用于机床电主轴的偏心补偿系统，其优选方案为，所述电磁铁数量为12个，所述电磁铁构成一个圆形结构并且与电主轴同心，相邻两个电磁铁与所述圆形结构的圆心构成的角度为30°；每个所述电磁铁设有一个独立电路与电源相连。
所述的用于机床电主轴的偏心补偿系统，其优选方案为，所述位移传感器数量为4个，均匀对称设置在电主轴轴承端的轴截面上。
上述用于机床电主轴的偏心补偿系统工作过程如下：所述位移传感器将偏心数据反馈给机床的控制系统，控制系统再分别调控电主轴偏心补偿结构和异步电机偏心补偿结构进行工作。当位移传感器中没有检测到偏心位移时，不必进行调整，所有电磁铁通入的电流大小都相同。当位移传感器中检测到偏心位移时，根据位移传感器的存在偏心的反馈，控制系统可以分别调节不同电磁铁中通入电流的大小，之后所有电磁铁会产生一个径向电磁合力，起到补偿电主轴轴承端偏心的作用；控制系统控制悬浮力绕组中通入的电流方向和大小，改变电主轴转子端的悬浮力，控制作用于转子端上的径向补偿力的大小和方向，起到了抑制转子偏心振动的作用。
本发明的有益效果：本发明可以检测到电主轴的偏心现象，起到了提早预防的作用，也可以对偏心现象做出相应的补偿，抑制电主轴的偏心振动。同时也可以延长电主轴的使用寿命，降低了机床使用的成本。
附图说明
图1为电主轴轴承端的轴截面上电磁铁偏心补偿结构示意图；
图2为异步电机偏心补偿结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，一种用于机床电主轴的偏心补偿系统，包括位移检测装置、电主轴偏心补偿结构和异步电机偏心补偿结构，位移检测装置包括四个位移传感器3，所述位移传感器3均匀对称设置在电主轴轴承端1的轴截面位置；电主轴偏心补偿结构包括12个电磁铁4，所述电磁铁4均匀设置在电主轴轴承端1的轴截面处，所述电磁铁4构成一个圆形结构并且与电主轴同心，相邻两个电磁铁4与所述圆形结构的圆心构成的角度为30°；每个所述电磁铁4设有一个独立电路与电源相连；异步电机偏心补偿结构包括悬浮力绕组6，所述悬浮力绕组6设置在异步电机的定子7中，通过改变所述悬浮力绕组6中的通入电流方向，改变对电主轴转子端8产生的悬浮力，起到对电主轴偏心进行补偿的作用。
如图1所示，假设电主轴与圆心同心时位移传感器3测得的位移量是零；当电主轴为偏心轴2时，四个位移传感器会测出不同的位移量，将这些数据传送给控制系统，控制系统会分析出电主轴与圆心的偏移量e及偏心方向，进而控制系统会计算出不平衡力，然后控制系统会改变各个电磁铁4中电流大小，使所有的电磁铁4产生一个和不平衡力方向相反的合力，这个合力就称为补偿力，从而实现了电主轴的偏心补偿的目的。
如图2所示，定义异步电机转矩绕组5的极对数为P1，悬浮力绕组6的极对数为P2，若两套绕组的极对数关系为P1＝P2±1，并且电角频率ω1＝ω2，异步电机中便可产生可控的径向悬浮力。其中P1＝1，P2＝2，当单独在转矩绕组5通入电流I1，则产生对称分布的两极磁链功ψ1，同样，当单独在悬浮力绕组6中通入电流I2则产生对称分布的四极磁链功ψ2。当同时通入如图2所示方向的电流I1和I2时，产生的两磁场叠加后，由于气隙9上侧ψ1和ψ2同向，造成此处气隙磁密增加；而气隙9下侧ψ1和ψ2反向，造成此处气隙磁密减少，不平衡的气隙磁密便产生了沿y轴正方向的径向悬浮力Fy。如若要产生沿y轴负方向的径向悬浮力，则只需要在悬浮力绕组6中通入与I2反方向的电流。同理，如若要获得沿x轴方向的径向悬浮力，则只需在悬浮力绕组6中通入与I2垂直的电流。因此，只要通过控制系统调控悬浮力绕组6中的电流方向，可以实现异步电机偏心补偿的目的。
Claims (3)
1.一种用于机床电主轴的偏心补偿系统，其特征在于，包括位移检测装置、电主轴偏心补偿结构和异步电机偏心补偿结构，位移检测装置包括多个位移传感器，所述位移传感器均匀设置在电主轴轴承端的轴截面位置；电主轴偏心补偿结构包括多个电磁铁，所述电磁铁均匀设置在电主轴轴承端的轴截面处；异步电机偏心补偿结构包括悬浮力绕组，所述悬浮力绕组设置在异步电机的定子中，所述悬浮力绕组通过改变通入电流方向来改变对电主轴转子端产生的悬浮力从而起到对电主轴偏心进行补偿的作用。
2.根据权利要求1所述的用于机床电主轴的偏心补偿系统，其特征在于，所述电磁铁数量为12个，所述电磁铁构成一个圆形结构并且与电主轴同心，相邻两个电磁铁与所述圆形结构的圆心构成的角度为30°；每个所述电磁铁设有一个独立电路与电源相连。
3.根据权利要求1所述的用于机床电主轴的偏心补偿系统，其特征在于，所述位移传感器数量为4个，均匀对称设置在电主轴轴承端的轴截面上。
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