CN112059213B - 一种智能调节主轴的轴承预紧力的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能调节主轴的轴承预紧力的方法和系统，该方法和系统在主轴装置内设有定位导向块，并通过液压驱动定位导向块运动并带动轴承外圈移动，这样便可调节轴承内外圈的接触角，起到调节轴承的预紧力的作用。同时本申请提前建立了不同材和预紧力的最佳适配数据表，并可基于待加工件的材质自动选择与材质最适配的预紧力并自动完成轴承的预紧操作，这样便能够使轴承预紧力的大小与加工板材的类型相匹配。此外，本申请还能够通过检测轴承外圈的移动距离和轴承的当前预紧力，并结合轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系判断出轴承的实际磨损情况，并可基于轴承的磨损情况对供油量进行适当修正，以弥补因轴承长期磨损而带来的影响。

Description

一种智能调节主轴的轴承预紧力的方法和系统

技术领域

本公开涉及主轴领域，更具体地说，涉及一种智能调节主轴的轴承预紧力的方法和系统。

背景技术

根据车床的操作要求，在利用车床车削零件时，应该首先确定该加工零件的硬度，因为不同硬度的零件所对应的车床的最佳的加工速度和最佳的刚度是不一样的，比如钢材、合金、铜、铝等材质的加工件所对应的车床的最佳加工速度和最佳刚度就不一样。而在加工零件时，若车床的加工速度和刚度选取不正确则会导致车床加工的零件不能满足使用要求。而车床主轴的刚度是由主轴轴承预紧力的大小来直接决定的。为了应对不同种类的零件的加工要求，发挥车床主轴的最佳工作性能，就要求主轴轴承预紧力的大小能够灵活调节，以满足不同种类的零件在加工时的需求，以便能够最大限度地发挥车床主轴的工作性能。

但在当前的车床机台中，车床主轴的预紧方式很大部分是采用定压和定位预紧，在主轴长时间的工作中，不能依据工况的不同来合理选择预紧力的大小，长时间单一性的主轴工况预紧势必会对主轴的工作结构机能带来破坏。另外，在主轴长时间的工作中，轴承滚动体和轴承内外圈会不断地磨损，最终使轴承的游隙值发生变化，直接影响到主轴轴系预紧力，对主轴的工作机能带来影响。

具体而言，目前车床主轴轴承的主流预紧方式是依靠弹簧提供预紧力的定压式预紧方式，而这种定位方式，预紧时控制精度不能很好的把控，轴承在预紧装置上的拆卸时间长，劳动强度大，预紧不同规格的轴承都必须设计制造相应的一整套预紧用的芯轴和弹簧等零件，给生产的技术准备工作带来麻烦。还有一小部分的轴承采用压电陶瓷达到预紧的目的，采用压电陶瓷的轴承通过调整电压可使轴承在2000～6000r/min的范围内的应变维持在15.5×10^-6，但转速超过8000r/min时，预紧力无法恒定，原因在于压电装置与壳体的摩擦力太大。另外，普通车床主轴在工作时，轴承的好坏、轴承内外圈游隙的大小不能够很好得到监控，若滚动体与轴承内外圈发生磨损导致游隙变大时主轴的刚度就不能够保证，这就会对车床主轴加工的可靠性及精度带来直接的影响。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种智能调节主轴的轴承预紧力的方法，该方法能够解决现有车床加工中不能够根据加工零件的类型智能调节主轴轴系预紧力的问题。

本发明的另一目的在于提供一种智能调节主轴的轴承预紧力的系统。

本发明的第一方面的技术方案提供了一种智能调节主轴的轴承预紧力的方法，包括：

建立并储存不同材质和预紧力的适配数据表以及轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系；

获取待加工件的材质，根据待加工件的材质和适配数据表查找出与待加工件的材质相适配的预紧力；

获取轴承外圈的初始位移、轴承的初始预紧力；

根据查找出的预紧力、所述轴承外圈的初始位移、所述轴承的初始预紧力确定出定位导向块需带动轴承外圈移动的移动距离，并基于确定的移动距离确定液压驱动装置的供油量；

在所述轴承外圈的移动过程中，检测并获取轴承外圈的当前位移和轴承的当前预紧力，基于轴承外圈的当前位移、轴承的当前预紧力和轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系调节液压驱动装置的供油量，直至轴承的当前预紧力与查找出的预紧力相等。

进一步地，智能调节主轴的轴承预紧力的方法还包括：在主轴工作过程中，检测并获取轴承外圈的当前位移和轴承的当前预紧力，基于轴承外圈的当前位移、轴承外圈的当前预紧力和轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系控制液压驱动装置的供油情况。该种设置，在预紧力调节好后，在主轴工作中，可根据实际的预紧力时时微调供油情况，以便能够维持所需的供油量，避免因油泄露等原因而导致供油不足。

其中，在所述轴承外圈的移动过程中，可先检测并获取轴承外圈的当前位移和轴承的当前预紧力，基于轴承外圈的当前位移、轴承的当前预紧力和轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系分析确定出轴承的实际磨损情况，基于轴承的实际磨损情况调节液压驱动装置的供油量，即增大或减小供油量，比如，磨损情况比较轻微就在原有供油量的基础上稍微多供给点油，而磨损情况相对比较严重就在原有供油量的基础上增加更多的油，直到达到所需的预紧力。该过程，属于在供油开始以后，根据轴承的实际磨损程度进行的供油微调过程，这样就充分考虑了轴承磨损的因素，确保了预紧力的精准调节。

进一步地，智能调节主轴的轴承预紧力的方法还包括：

将轴承外圈的所有位移数据和轴承的所有预紧力数据进行一对一关联储存；

基于轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系、预设时间段内储存的历史位移数据和历史预紧力数据分析判定出轴承的磨损程度；

在判断轴承的磨损程度大于预设程度时控制报警装置发出报警提示。

进一步地，智能调节主轴的轴承预紧力的方法还包括：

将轴承的磨损程度进行分级，针对每一级磨损等级预设修正方案；

在确定出定位导向块需带动轴承外圈移动的移动距离的步骤之前，基于轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系、预设时间段内储存的历史位移数据和历史预紧力数据分析判定出轴承磨损程度的等级，基于与轴承实际磨损程度的等级对应的修正方案对轴承外圈的移动距离进行修正。

在上述任一技术方案的基础上，智能调节主轴的轴承预紧力的方法还包括：

查看并显示不同材质和预紧力的适配数据表，基于用户输入的信息对不同材质和预紧力的适配数据表进行编辑，所述编辑包括增加数据、删除数据和修改数据。

在上述任一技术方案的基础上，智能调节主轴的轴承预紧力的方法还包括：基于用户的输入信息识别待加工件的材质，和/或采集待加工件的图像，根据待加工件的图像识别出待加工件的材质。

本发明的第二方面的技术方案提供了一种智能调节主轴的轴承预紧力的系统，包括：

主轴装置，包括主轴座、主轴和成对设置的多个轴承，所述主轴座包括筒体和端盖，所述端盖能够拆卸地安装在所述筒体的一端，多个所述轴承的轴承外圈均能够相对轴承内圈沿轴向方向同步移动，多个所述轴承的内圈被所述主轴座内的限位组件固定，所述主轴至少部分通过多个所述轴承安装在所述主轴座内，所述端盖上设置有与所述筒体内连通的通孔；

定位导向块，安装在所述主轴座内，对应多个靠近所述端盖设置的轴承(即端盖部轴承)的轴承外圈设置，且所述定位导向块能够沿轴向方向滑动，以推动多个靠近所述端盖设置的轴承的轴承外圈沿轴向方向运动；

液压驱动装置，与所述端盖能够拆卸地连接，所述液压驱动装置的活塞杆由所述端盖上的通孔伸入到所述主轴座内，并与所述定位导向块连接，所述活塞杆用于驱动所述定位导向块沿轴向方向往返滑动；

位移传感器，安装在所述定位导向块上，位于所述定位导向块与所述轴承外圈之间，用于检测所述轴承外圈的移动距离；

压力传感器，安装在所述定位导向块上，位于所述定位导向块与所述位移传感器之间，或位于所述位移传感器和所述轴承外圈之间，用于检测所述轴承的预紧力；

储存装置，所述储存装置内储存有计算机程序、不同材质和预紧力的适配数据表以及轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系；

报警装置，用于发出报警提示；

控制装置，与所述位移传感器、所述压力传感器、所述液压驱动装置、所述储存装置和所述报警装置连接，所述控制装置执行所述计算机程序时能够实现第一方面任一项技术方案提供的方法。

进一步地，所述定位导向块为环形导块，所述环形导块包括：

端部结构，位于所述轴承外圈靠近所述端盖的一侧，与所述活塞杆连接；

环形结构，安装在所述端部结构远离端盖的面上，并套设安装在所述多个轴承外圈上；

连接结构，连接在所述端部结构与所述环形结构之间，且所述连接结构的内端伸入到所述环形结构内，并与一所述轴承外圈相接触。

优选地，智能调节主轴的轴承预紧力的系统还包括：直线轴承，安装在所述主轴座内，所述定位导向块的至少部分结构滑动地配合安装在所述直线轴承内。

在上述任一技术方案的基础上，优选地，所述位移传感器和所述压力传感器均为安装在所述定位导向块与所述位移传感器之间的环形装置，且所述位移传感器和所述压力传感器均安装在所述环形导块的内侧。

在上述任一技术方案的基础上，优选地，所述智能调节主轴的轴承预紧力的系统还包括输入装置或图像采集处理装置，所述输入装置用于接受用户输入的待加工件的材质信息，所述图像采集处理装置用于采集待加工件的图像，并基于待加工件的图像识别待加工件的材质。

在上述任一技术方案的基础上，优选地，所述限位组件包括固定安装在轴承组件一侧的第一限位圈和安装在所述主轴的端部上，并与轴承组件的内圈相抵靠的限位罩和套设安装在所述主轴上并位于两个轴承的内圈之间的第二限位圈。

在上述任一技术方案的基础上，优选地，所述位移传感器为电位器式位移传感器。

优选地，压力传感器由刚度较高的材料制成，并保证较高的平面度与平行度，该种设置可保证在压力传感器的各个位置的所测量的大小的差值均保持在规定范围内，得出最佳轴承预紧力。

优选地，液压驱动装置为数字液压缸，因为根据设计，液压驱动装置的仿形螺杆可用不同的导程，导程越大，可获得在一定精度范围内液压缸有较快的运动速度。当仿形螺杆采用小导程时，液压缸其运动速度将会降低，但此时的位置精度将会很高。而由于调节预紧力的时候液压缸的推杆导程很小，因此，采用数字液压缸，能够使数字液压缸的活塞杆的运动精度很高。

根据本发明的技术方案提供的智能调节主轴的轴承预紧力的系统和方法，在主轴装置内设置有定位导向块，并通过液压驱动装置驱动定位导向块运动，从而使得定位导向块能够带动端盖侧的轴承外圈移动，这样便能够调节端盖侧的轴承外圈和轴承内圈的接触角，改变轴承内圈和轴承外圈之间的力，起到调节端盖侧的轴承的预紧力的作用。同时，由于端盖侧的轴承和远离端盖侧的轴承都安装在主轴上，因此，端盖侧的轴承外圈移动时会通过主轴将力传递到远离端盖侧的轴承上，以调节远离端盖侧的轴承的内圈和外圈的接触角，这样就能够实现远离端盖侧的轴承的预紧力调节。同时，本申请提供的方法和系统，提前建立了不同材质和预紧力的最佳适配数据表，然后能够基于待加工件的材质自动选择与材质最适配的预紧力，然后基于选择的预紧力自动完成轴承的预紧操作，这样便能够在加工不同零件的时候，自动将主轴轴承的预紧力调节到与待加工件的材质相适配的最佳预紧力值，以使主轴轴承预紧力的大小与加工板材的类型相匹配，这样便能够在实现预紧力的智能调节时，将车床的工作状态提前设置到最佳，确保待加工件的加工效果。

此外，通过检测轴承预紧力能够知道实际预紧力和目标预紧力之间的差距，能够基于差距逐渐调节供油量的大小。同时，由于调节轴承外圈的位置能够调节轴承内外圈之间的接触角，从而能够起到调节轴承的预紧力的作用，也即轴承外圈的所处位置与轴承的预紧力之间有一个一一对应的关系，而本申请也正是基于该原理，所以才通过调节液压驱动装置的供油量来调节活塞杆的行程，从而调节轴承外圈的移动距离，进而使轴承达到所需的预紧力，但在主轴长时间的工作中，轴承滚动体和轴承内外圈会不断地磨损，最终会使轴承的游隙值发生变化，这样在轴承外圈移动到之前相同的位置时，其预紧力就会发生变化，也即在轴承发生磨损后，轴承外圈的位置与轴承的预紧力之间的匹配关系会较之轴承磨损以前发生改变，此时，若是只依靠目标预紧力确定轴承外圈的移动距离就会使轴承达不到所需的目标预紧力，这样就会直接影响到主轴轴承的预紧力，对主轴的工作机能带来影响。而本申请在智能调节轴承预紧力的过程中，一直在不断地检测轴承的当前预紧力和轴承外圈的当前位移，而通过同时检测轴承外圈的移动距离和轴承的当前预紧力能够了解到轴承在当前阶段下其轴承外圈的位置与轴承的预紧力之间的实际关系，这样结合轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系便能够判断出轴承的实际磨损情况，此后便可基于轴承当下的实际情况对液压驱动装置的供油量进行适当的修正，以对轴承外圈的移动距离进行适当地修正，这样便能够弥补因轴承磨损而带来的影响，使得轴承在长时间磨损以后，也依旧能够确保轴承所需的预紧力，这样便能够在轴承长时间磨损以后，依旧确保智能调节轴承的预紧力时的调节精度，以将车床的工作状态提前设置到最佳，确保待加工件的加工效果。

同时，本申请的智能调节主轴的轴承预紧力的系统，液压驱动装置为独立设置在主轴装置外部的结构，这样液压驱动装置的体积便不会受到主轴外壳的影响，也即液压驱动装置的体积可根据实际所需的精度设置，这样便可以确保液压驱动装置的运动精度，不需要为了将液压驱动装置安装到主轴内部而降低其运动精度。另外，本申请不需要将液压驱动装置集成到主轴座内，因此，不需要对主轴装置进行较大的改动，且也避免了将液压驱动装置安装在主轴座内时存在的各种问题。另外，液压驱动装置安装在外部，其漏油时不会污染到主轴，因而避免了液压驱动装置漏油对主轴的影响，且也可以降低液压驱动装置在安装时的密封性能要求。这样便能够从整体上提高智能调节主轴的轴承预紧力的系统的运动精度，降低其生产成本。

此外，本申请在调节轴承的预紧力时，能够基于液压驱动装置实现轴承外圈的位置的连续调节，这样便可以在运行过程中实现大范围的无级调速，且可自动灵活调节主轴轴承预紧力的大小。同时液压驱动可实现无间隙传动且运动平稳，从而可以较为平稳的提供预紧力。此外，在同等输出功率下，液压传动装置的体积小、重量轻、运动惯量小、动态性能好，可以较为迅速的改变预紧力的大小，且采用液压传动便于实现自动工作循环和自动过载保护；另外，由于一般采用油作为传动介质，因此液压元件有自我润滑作用，有较长的使用寿命，而液压元件都是标准化、系列化的产品，因而也便于设计、制造和推广应用。

应当理解，公开内容部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了本公开的实施例提供的智能调节主轴的轴承预紧力的方法的流程示意图；

图2示出了本公开的另一实施例提供的智能调节主轴的轴承预紧力的方法的流程示意图；

图3示出了本公开的又一实施例提供的智能调节主轴的轴承预紧力的方法的流程示意图；

图4示出了本公开的实施例提供的智能调节主轴的轴承预紧力的系统的结构示意图；

图5示出了本公开的实施例提供的主轴装置部分的结构示意图；

图6为图4中的A处的局部放大结构示意图；

图7为智能调节主轴的轴承预紧力的系统的液压驱动装置的结构示意图；

图8为智能调节主轴的轴承预紧力的系统的电控部分的内部结构示意框图。

其中，图4至图8中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1主轴装置，12主轴座，122筒体，124端盖，1242通孔，14主轴，16轴承，162轴承外圈，164轴承内圈，2定位导向块，22端部结构，24环形结构，26连接结构，3液压驱动装置，32活塞杆，4位移传感器，5压力传感器，6直线轴承，7限位组件，8控制装置，92储存装置，94报警装置，96输入装置，98图像采集处理装置。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。

本发明的第一方面的技术方案提供了一种智能调节主轴的轴承预紧力的方法，如图1所示，包括：

S102，建立并储存不同材质和预紧力的适配数据表以及轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系；

S104，获取待加工件的材质，根据待加工件的材质和适配数据表查找出与待加工件的材质相适配的预紧力；

S106，获取轴承外圈的初始位移、轴承的初始预紧力；

S108，根据查找出的预紧力、轴承外圈的初始位移、轴承的初始预紧力确定出定位导向块需带动轴承外圈移动的移动距离，并基于确定的移动距离确定液压驱动装置的供油量；

S110，在轴承外圈的移动过程中，检测并获取轴承外圈的当前位移和轴承的当前预紧力，基于轴承外圈的当前位移、轴承的当前预紧力和轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系调节液压驱动装置的供油量，直至轴承的当前预紧力与查找出的预紧力相等。

根据本发明的技术方案提供的智能调节主轴的轴承预紧力的系统和方法，在主轴装置内设置有定位导向块，并通过液压驱动装置驱动定位导向块运动，从而使得定位导向块能够带动端盖侧的轴承外圈移动，这样便能够调节端盖侧的轴承外圈和轴承内圈的接触角，改变轴承内圈和轴承外圈之间的力，起到调节端盖侧的轴承的预紧力的作用。同时，由于端盖侧的轴承和远离端盖侧的轴承都安装在主轴上，因此，端盖侧的轴承外圈移动时会通过主轴将力传递到远离端盖侧的轴承上，以调节远离端盖侧的轴承的内圈和外圈的接触角，这样就能够实现远离端盖侧的轴承的预紧力调节。同时，本申请提供的方法和系统，提前建立了不同材质和预紧力的最佳适配数据表，然后能够基于待加工件的材质自动选择与材质最适配的预紧力，然后基于选择的预紧力自动完成轴承的预紧操作，这样便能够在加工不同零件的时候，自动将主轴轴承的预紧力调节到与待加工件的材质相适配的最佳预紧力值，以使主轴轴承预紧力的大小与加工板材的类型相匹配，这样便能够在实现预紧力的智能调节时，将车床的工作状态提前设置到最佳，确保待加工件的加工效果。

此外，通过检测轴承预紧力能够知道实际预紧力和目标预紧力之间的差距，能够基于差距逐渐调节供油量的大小。同时，由于调节轴承外圈的位置能够调节轴承内外圈之间的接触角，从而能够起到调节轴承的预紧力的作用，也即轴承外圈的所处位置与轴承的预紧力之间有一个一一对应的关系，而本申请也正是基于该原理，所以才通过调节液压驱动装置的供油量来调节活塞杆的行程，从而调节轴承外圈的移动距离，进而使轴承达到所需的预紧力，但在主轴长时间的工作中，轴承滚动体和轴承内外圈会不断地磨损，最终会使轴承的游隙值发生变化，这样在轴承外圈移动到之前相同的位置时，其预紧力就会发生变化，也即在轴承发生磨损后，轴承外圈的位置与轴承的预紧力之间的匹配关系会较之轴承磨损以前发生改变，此时，若是只依靠目标预紧力确定轴承外圈的移动距离就会使轴承达不到所需的目标预紧力，这样就会直接影响到主轴轴承的预紧力，对主轴的工作机能带来影响。而本申请在智能调节轴承预紧力的过程中，一直在不断地检测轴承的当前预紧力和轴承外圈的当前位移，而通过同时检测轴承外圈的移动距离和轴承的当前预紧力能够了解到轴承在当前阶段下其轴承外圈的位置与轴承的预紧力之间的实际关系，这样结合轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系便能够判断出轴承的实际磨损情况，此后便可基于轴承当下的实际情况对液压驱动装置的供油量进行适当的修正，以对轴承外圈的移动距离进行适当地修正，这样便能够弥补因轴承磨损而带来的影响，使得轴承在长时间磨损以后，也依旧能够确保轴承所需的预紧力，这样便能够在轴承长时间磨损以后，依旧确保智能调节轴承的预紧力时的调节精度，以将车床的工作状态提前设置到最佳，确保待加工件的加工效果。

此外，本申请在调节轴承的预紧力时，能够基于液压驱动装置实现轴承外圈的位置的连续调节，这样便可以在运行过程中实现大范围的无级调速，且可自动灵活调节主轴轴承预紧力的大小。同时液压驱动可实现无间隙传动且运动平稳，从而可以较为平稳的提供预紧力。此外，在同等输出功率下，液压传动装置的体积小、重量轻、运动惯量小、动态性能好，可以较为迅速的改变预紧力的大小，且采用液压传动便于实现自动工作循环和自动过载保护；另外，由于一般采用油作为传动介质，因此液压元件有自我润滑作用，有较长的使用寿命，而液压元件都是标准化、系列化的产品，因而也便于设计、制造和推广应用。

进一步地，智能调节主轴的轴承预紧力的方法还包括：在主轴工作过程中，检测并获取轴承外圈的当前位移和轴承的当前预紧力，基于轴承外圈的当前位移、轴承的当前预紧力和轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系控制液压驱动装置的供油情况。该种设置，在预紧力调节好后，在主轴工作中，可根据实际的预紧力时时微调供油情况，以便能够维持所需的供油量，避免因油泄露等原因而导致供油不足。

进一步地，S110具体包括以下步骤：在所述轴承外圈的移动过程中，检测并获取轴承外圈的当前位移和轴承的当前预紧力，基于轴承外圈的当前位移、轴承的当前预紧力和轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系分析确定出轴承的实际磨损情况，基于轴承的实际磨损情况调节液压驱动装置的供油量。比如，磨损情况比较轻微就在原有供油量的基础上稍微多供给点油，而磨损情况相对比较严重就在原有供油量的基础上增加更多的油，直到达到所需的预紧力。该过程，属于在供油开始以后，根据轴承的实际磨损程度进行的供油微调过程，这样就充分考虑了轴承磨损的因素，确保了预紧力的精准调节。

进一步地，如图2所示，智能调节主轴的轴承预紧力的方法还包括：

S112，将轴承外圈的所有位移数据和轴承的所有预紧力数据进行一对一关联储存；

S114，基于轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系、预设时间段内储存的历史位移数据和历史预紧力数据分析判定出轴承的磨损程度；

S116，在判断轴承的磨损程度大于预设程度时控制报警装置发出报警提示。

在该实施例中，可通过预设时间段内的所有的位移数据和预紧力数据找到轴承外圈的位置和轴承预紧力之间的关系，这样结合轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系便可计算出轴承的磨损程度，而通过该设置能够监测轴承是否存在磨损的情况，较好地衡量主轴轴承工况的好坏，进而保证车床主轴加工的可靠性及精度。具体而言，在衡量轴承的磨损程度时，可在同样工况、同样大小的预紧力的情况下，来分析判断定位导向块的位移的变化，以测得主轴轴承的轴承外圈的相对位置变化，然后便可根据轴承外圈的相对位置变化确定轴承的磨损程度。

另一实施例中，如图3所示，智能调节主轴的轴承预紧力的方法包括：

S300，建立并储存不同材质和预紧力的适配数据表以及轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系；

S302，基于用户的输入信息识别待加工件的材质，和/或采集待加工件的图像，根据待加工件的图像识别出待加工件的材质；

S304，根据待加工件的材质和适配数据表查找出与待加工件的材质相适配的预紧力；

S306，获取轴承外圈的初始位移、轴承的初始预紧力；

S308，根据查找出的预紧力、轴承外圈的初始位移、轴承的初始预紧力确定出定位导向块需带动轴承外圈移动的移动距离；

S310，将轴承的磨损程度进行分级，针对每一级磨损等级预设修正方案；

S312，基于轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系、预设时间段内储存的历史位移数据和历史预紧力数据分析判定出轴承磨损程度的等级，基于与轴承实际磨损程度的等级对应的修正方案对轴承外圈的移动距离进行修正，并基于修正后移动距离控制液压驱动装置的供油量；

S314，在轴承外圈的移动过程中，检测并获取轴承外圈的当前位移和轴承的当前预紧力，基于轴承外圈的当前位移、轴承的当前预紧力和轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系调节液压驱动装置的供油量，直到轴承的当前预紧力与查找出的预紧力相等。此后只需要根据预紧力的上下浮动微调供油即可。

在该实施例中，在获取工件的材质时，一方面可以基于用户的输入信息识别待加工件的材质，另一方面也可通过采集待加工件的图像，然后根据待加工件的图像自动识别出待加工件的材质。此后便可根据待加工的材质查找出最佳的预紧力值，然后基于预紧力值实心智能预紧调节。而该实施和之前实施例的区别在于，在该实施例中，还能够提前将轴承的磨损程度进行分级，并针对每一级磨损等级预设修正方案，并在实际调节预紧力时，先基于历史数据判断出轴承的磨损等级，然后基于不同的磨损等级对移动距离进行不同方案的修正，然后根据修正后的移动距离控制供油量。这样便能够弥补轴承磨损导致的位移变化差异，从而使得轴承在不同程度的磨损以后，依旧能够确保轴承在智能预紧调节时的精度，从而最大限度地发挥车床主轴的工作性能。

其中，在判断轴承的磨损等级时，可在同样工况、同样大小的预紧力的情况下，确定轴承外圈的位移变化量，然后基于位移变化量确定磨损等级，当然，也可在同样工况、同等位移变化的情况下，确定轴承的预紧力变化量，然后基于预紧力变化量确定磨损等级。

在上述任一实施例的基础上，智能调节主轴的轴承预紧力的方法还包括：查看并显示不同材质和预紧力的适配数据表，基于用户输入的信息对不同材质和预紧力的适配数据表进行编辑，编辑包括增加数据、删除数据和修改数据。该种设置使得用户可根据实际需要不断地完善、丰富适配数据表。

如图4至图8所示，本发明的第二方面的实施例提供了一种智能调节主轴的轴承预紧力的系统，包括：

主轴装置1，包括主轴座12、主轴14和成对设置的多个轴承16，而成对设置的多个轴承16使得主轴14能够承受轴向方向上双向的力，主轴座12包括筒体122和端盖124，端盖124能够拆卸地安装在筒体122的一端，成对设置的多个轴承16安装在筒体122内，多个轴承16中的一半靠近端盖124设置，另一半远离端盖124设置，即多个轴承16中的一半为端盖侧轴承，另一半为远离端盖侧的轴承。该种设置使得主轴14内部的轴承16能够非常方便地进行维修更换，多个轴承16的轴承外圈162均能够相对轴承内圈164沿轴向方向同步移动，多个轴承16的内圈被主轴座12内的限位组件7固定，主轴14的至少部分通过成对设置的多个轴承16安装在主轴座12内，端盖124上设置有与筒体122内连通的通孔1242，该通孔1242用于供外部的液压驱动装置3的活塞杆32插入并与定位导向块2连接；

定位导向块2，安装在主轴座12内，对应多个端盖部轴承的轴承外圈162设置，端盖部轴承即靠近端盖124设置的轴承，且定位导向块2能够沿轴向方向滑动，以推动端盖部轴承的轴承外圈162沿轴向方向同步运动；

液压驱动装置3(如图7所示)，与端盖124能够拆卸地连接，液压驱动装置3的活塞杆32由端盖124上的通孔1242伸入到主轴座12内，并与定位导向块2连接，活塞杆32用于驱动定位导向块2沿轴向方向往返滑动；

位移传感器4，安装在定位导向块2上，位于定位导向块2与轴承外圈162之间，用于检测轴承外圈162的移动距离；

压力传感器5，安装在定位导向块2上，位于定位导向块2与位移传感器4之间，或位于位移传感器4和轴承外圈162之间，用于检测轴承16的预紧力；

储存装置92，储存装置92内储存有计算机程序、不同材质和预紧力的适配数据表以及轴承外圈162的位置与轴承预紧力的理论关系；

报警装置94，用于发出报警提示；

控制装置8，与位移传感器4、压力传感器5、液压驱动装置3、储存装置92和报警装置94连接，控制装置8执行储存装置92储存的计算机程序时能够实现第一方面任一项实施例提供的方法。

根据本发明的实施例提供的智能调节主轴的轴承预紧力的系统和方法，在主轴装置1内设置有定位导向块2，并通过液压驱动装置3驱动定位导向块2运动，从而使得定位导向块2能够带动轴承外圈162移动，这样便能够调节轴承外圈162和轴承内圈164的接触角，改变轴承内圈164和轴承外圈162之间的力，起到调节轴承16的预紧力的作用。同时，本申请提供的方法和系统，提前建立了不同材质和预紧力的最佳适配数据表，然后能够基于待加工件的材质自动选择与材质最适配的预紧力，然后基于选择的预紧力自动完成轴承16的预紧操作，这样便能够在加工不同零件的时候，自动将主轴14轴承16的预紧力调节到与待加工件的材质相适配的最佳预紧力值，以使主轴14轴承预紧力的大小与加工板材的类型相匹配，这样便能够在实现预紧力的智能调节时，将车床的工作状态提前设置到最佳，确保待加工件的加工效果。

此外，通过检测轴承预紧力能够知道实际预紧力和目标预紧力之间的差距，能够基于差距逐渐调节供油量的大小，供油速度等参数。同时，由于调节轴承外圈162的位置能够调节轴承16内外圈之间的接触角，从而能够起到调节轴承16的预紧力的作用，也即轴承外圈162的所处位置与轴承16的预紧力之间有一个一一对应的关系，而本申请也正是基于该原理，所以才通过调节液压驱动装置3的供油量来调节活塞杆32的行程来调节轴承外圈162的移动距离，从而使轴承16达到所需的预紧力，但在主轴14长时间的工作中，轴承16滚动体和轴承16内外圈会不断地磨损，最终会使轴承16的游隙值发生变化，这样在轴承外圈162移动到之前相同的位置时，其预紧力就会发生变化，也即在轴承16发生磨损后，轴承外圈162的位置与轴承16的预紧力之间的匹配关系会较之轴承16磨损以前发生改变，此时，若是只依靠目标预紧力确定轴承外圈162的移动距离就会使轴承16达不到所需的目标预紧力，这样就会直接影响到主轴14轴承16的预紧力，对主轴14的工作机能带来影响。而本申请在智能调节轴承预紧力的过程中，一直在不断地检测轴承16的当前预紧力和轴承外圈162的当前位移，而通过同时检测轴承外圈162的移动距离和轴承16的当前预紧力能够了解到轴承16在当前阶段下其轴承外圈162的位置与轴承16的预紧力之间的实际关系，这样结合轴承外圈162的位置与轴承预紧力的理论关系便能够判断出轴承16的实际磨损情况，此后便可基于轴承16当下的实际情况对液压驱动装置3的供油量进行适当的修正，以对轴承外圈162的移动距离进行适当地修正，这样便能够弥补因轴承16磨损而带来的影响，使得轴承16在长时间磨损以后，也依旧能够确保轴承16所需的预紧力，这样便能够在轴承16长时间磨损以后，依旧确保智能调节轴承16的预紧力时的调节精度，以将车床的工作状态提前设置到最佳，确保待加工件的加工效果。

同时，本申请的智能调节主轴的轴承预紧力的系统，液压驱动装置3为独立设置在主轴装置1外部的结构，这样液压驱动装置3的体积便不会受到主轴14外壳的影响，也即液压驱动装置3的体积可根据实际所需的精度设置，这样便可以确保液压驱动装置3的运动精度，不需要为了将液压驱动装置3安装到主轴14内部而降低其运动精度。另外，本申请不需要将液压驱动装置3集成到主轴座12内，因此，不需要对主轴装置1进行较大的改动，且也避免了将液压驱动装置3安装在主轴座12内时存在的各种问题。另外，液压驱动装置3安装在外部，其漏油时不会污染到主轴14，因而避免了液压驱动装置3漏油对主轴14的影响，且也可以降低液压驱动装置3在安装时的密封性能要求。这样便能够从整体上提高智能调节主轴的轴承预紧力的系统的运动精度，降低其生产成本。

此外，本申请在调节轴承16的预紧力时，能够基于液压驱动装置3实现轴承外圈162的位置的连续调节，这样便可以在运行过程中实现大范围的无级调速，且可自动灵活调节主轴14轴承预紧力的大小。同时液压驱动可实现无间隙传动且运动平稳，从而可以较为平稳的提供预紧力。此外，在同等输出功率下，液压传动装置的体积小、重量轻、运动惯量小、动态性能好，可以较为迅速的改变预紧力的大小，且采用液压传动便于实现自动工作循环和自动过载保护；另外，由于一般采用油作为传动介质，因此液压元件有自我润滑作用，有较长的使用寿命，而液压元件都是标准化、系列化的产品，因而也便于设计、制造和推广应用。

进一步地，如图5和图6所示，定位导向块2为环形导块，环形导块包括：

端部结构22，位于轴承外圈162靠近端盖124的一侧，与活塞杆32连接；

环形结构24，安装在端部结构22远离端盖124的面上，并套设安装在多个轴承外圈162上；

连接结构26，连接在端部结构22与环形结构24之间，且连接结构26的内端伸入到环形结构24内，并与一轴承外圈162相接触。

在该实施例中，可将轴承16安装在环形导块内部，这样便能够在轴承16运动过程中，对轴承外圈162的运动起到导向的作用，从而能够使轴承外圈162运动时发生偏斜的现象。

如图5和图6所示，智能调节主轴的轴承预紧力的系统还包括：直线轴承6，安装在主轴座12内，定位导向块2的至少部分结构滑动地配合安装在直线轴承6内。该种设置可减少定位导向块2与主轴座12之间的磨损，延长定位导向块2的使用寿命。

在上述任一实施例的基础上，优选地，如图5和图6所示，位移传感器4和压力传感器5均为安装在定位导向块2与位移传感器4之间的环形装置，且位移传感器4和压力传感器5均安装在环形导块的内侧。

该种结构，能够使位移传感器4和压力传感器5沿轴承16的整个周向方向分布，这样便能够检测轴承16在不同角度上的参数，从而确保检测精度。

在上述任一实施例的基础上，优选地，如图8所示，智能调节主轴的轴承预紧力的系统还包括输入装置96或图像采集处理装置98，输入装置96用于接受用户输入的待加工件的材质信息，图像采集处理装置98用于采集待加工件的图像，并基于待加工件的图像识别待加工件的材质。

在该实施例中，一方面用户可直接将待加工件的材质输入到机器内部，以使机器能够判断出待加工的材质。而优选地，可在机器内部储存不同材质零件的图像数据库，然后对应待加工件安装相机等采集装置，这样便能够基于采集的图像自动识别出待加工件的材质，而不需要人工输入零件的材质类型。

在上述任一实施例的基础上，优选地，如图5和图6所示，限位组件7包括固定安装在轴承16组件一侧的第一限位圈和安装在主轴14的端部上，并与轴承16组件的内圈相抵靠的限位罩和套设安装在主轴14上并位于两个轴承16的内圈之间的第二限位圈。

优选地，位移传感器4为电位器式位移传感器。因为电位器式传感器的结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。其中，电位器式位移传感器主要通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。

优选地，压力传感器5由刚度较高的材料制成，并保证较高的平面度与平行度，该种设置可保证在压力传感器5的各个位置的所测量的大小的差值均保持在规定范围内，得出最佳轴承预紧力。

优选地，液压驱动装置3为数字液压缸，因为根据设计，液压驱动装置3的仿形螺杆可用不同的导程，导程越大，可获得在一定精度范围内液压缸有较快的运动速度。当仿形螺杆采用小导程时，液压缸其运动速度将会降低，但此时的位置精度将会很高。而由于调节预紧力的时候液压缸的推杆导程很小，因此，采用数字液压缸，能够使数字液压缸的活塞杆32的运动精度很高。

在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能调节主轴的轴承预紧力的系统，其特征在于，包括：

主轴装置，包括主轴座、主轴和成对设置的多个轴承，所述主轴座包括筒体和端盖，所述端盖能够拆卸地安装在所述筒体的一端，多个所述轴承的轴承外圈均能够相对轴承内圈沿轴向方向同步移动，多个所述轴承的内圈被所述主轴座内的限位组件固定，所述主轴至少部分通过多个所述轴承安装在所述主轴座内，所述端盖上设置有与所述筒体内连通的通孔；

定位导向块，安装在所述主轴座内，对应多个靠近所述端盖设置的轴承的轴承外圈设置，且所述定位导向块能够沿轴向方向滑动，以推动多个靠近所述端盖设置的轴承的轴承外圈沿轴向方向运动；

液压驱动装置，与所述端盖能够拆卸地连接，所述液压驱动装置的活塞杆由所述端盖上的通孔伸入到所述主轴座内，并与所述定位导向块连接，所述活塞杆用于驱动所述定位导向块沿轴向方向往返滑动；

位移传感器，安装在所述定位导向块上，位于所述定位导向块与所述轴承外圈之间，用于检测所述轴承外圈的移动距离；

压力传感器，安装在所述定位导向块上，位于所述定位导向块与所述位移传感器之间，或位于所述位移传感器和所述轴承外圈之间，用于检测所述轴承的预紧力；

输入装置和/或图像采集处理装置，所述输入装置用于接受用户输入的待加工件的材质信息，所述图像采集处理装置用于采集待加工件的图像，并基于待加工件的图像识别待加工件的材质；

储存装置，所述储存装置内储存有计算机程序、不同材质和预紧力的适配数据表以及轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系；

报警装置，用于发出报警提示；

控制装置，与所述位移传感器、所述压力传感器、所述液压驱动装置、所述储存装置和所述报警装置连接，所述控制装置执行所述计算机程序时能够实现调节轴承预紧力。

2.根据权利要求1所述的智能调节主轴的轴承预紧力的系统，其特征在于，所述定位导向块为环形导块，所述环形导块包括：

端部结构，位于所述轴承外圈靠近所述端盖的一侧，与所述活塞杆连接；

环形结构，安装在所述端部结构远离端盖的面上，并套设安装在所述多个轴承的外圈上；

连接结构，连接在所述端部结构与所述环形结构之间，且所述连接结构的内端伸入到所述环形结构内，并与一所述轴承外圈相接触。

3.根据权利要求1所述的智能调节主轴的轴承预紧力的系统，其特征在于，还包括：

直线轴承，安装在所述主轴座内，所述定位导向块的至少部分结构滑动地配合安装在所述直线轴承内。

4.根据权利要求2所述的智能调节主轴的轴承预紧力的系统，其特征在于，

所述位移传感器和所述压力传感器均为安装在所述定位导向块与所述位移传感器之间的环形装置，且所述位移传感器和所述压力传感器均安装在所述环形导块的内侧。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的智能调节主轴的轴承预紧力的系统，其特征在于，

所述限位组件包括固定安装在所述多个轴承一侧的第一限位圈和安装在所述主轴的端部上，并与所述多个轴承另一侧的内圈相抵靠的限位罩和套设安装在所述主轴上并位于两两轴承的内圈之间的第二限位圈；和/或

所述位移传感器为电位器式位移传感器。

6.一种智能调节主轴的轴承预紧力的方法，基于如权利要求1至5中任一项所述的智能调节主轴的轴承预紧力的系统，其特征在于，包括：

建立并储存待加工件不同材质和预紧力的适配数据表以及轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系；

获取待加工件的材质，根据待加工件的材质和适配数据表查找出与待加工件的材质相适配的轴承预紧力；

获取轴承外圈的初始位移、轴承的初始预紧力；

根据查找出的预紧力、所述轴承外圈的初始位移、所述轴承的初始预紧力确定出定位导向块需带动轴承外圈移动的移动距离，并基于确定的移动距离确定液压驱动装置的供油量；

在所述轴承外圈的移动过程中，检测并获取轴承外圈的当前位移和轴承的当前预紧力，基于轴承外圈的当前位移、轴承的当前预紧力和轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系调节液压驱动装置的供油量，直至轴承的当前预紧力与查找出的预紧力相等。

7.根据权利要求6所述的智能调节主轴的轴承预紧力的方法，其特征在于，在直至轴承的当前预紧力与查找出的预紧力相等的步骤之后，还包括：

将轴承外圈的所有位移数据和轴承的所有预紧力数据进行一对一关联储存，包括将轴承外圈的初始位移与轴承的初始预紧力、轴承外圈的当前位移与轴承的当前预紧力、轴承外圈移动的移动距离与轴承的当前预紧力进行一对一关联储存；

基于轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系、预设时间段内储存的历史位移数据和历史预紧力数据分析判定出轴承的磨损程度；

在判断轴承的磨损程度大于预设程度时控制报警装置发出报警提示。

8.根据权利要求7所述的智能调节主轴的轴承预紧力的方法，其特征在于，还包括：

将轴承的磨损程度进行分级，针对每一级磨损等级预设修正方案；

在确定出定位导向块需带动轴承外圈移动的移动距离的步骤之前，基于轴承外圈的位置与轴承预紧力的理论关系、预设时间段内储存的历史位移数据和历史预紧力数据分析判定出轴承磨损程度的等级，基于与轴承实际磨损程度的等级对应的修正方案对轴承外圈的移动距离进行修正。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的智能调节主轴的轴承预紧力的方法，其特征在于，还包括：

查看并显示不同材质和预紧力的适配数据表，基于用户输入的信息对不同材质和预紧力的适配数据表进行编辑，所述编辑包括增加数据、删除数据和修改数据。

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