CN115657597B - 一种数控机床ac主轴头及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种数控机床AC主轴头及控制方法，包括主轴头体以及摆动安装在主轴头体下方的轴头，轴头通过A轴摆动驱动系统安装在主轴头体上，A轴摆动驱动系统驱动轴头绕A轴摆动，A轴摆动驱动系统安装包括主动驱动装置和助力随动驱动装置，主动驱动装置和助力随动驱动装置分别连接在轴头的两侧，且主动驱动装置和助力随动驱动装置同轴设置，主轴头体上方设有C轴转动驱动装置，C轴转动驱动装置驱动主轴头体绕C轴转动，本发明所述的AC主轴头的A轴运行为双驱动、双闭环控制，且主轴头体积小，解决了传统主轴头单一驱动存在的不足，实现了高档数控机床的大扭矩和高精度。

Description

一种数控机床AC主轴头及控制方法

技术领域

本发明涉及机床领域，具体涉及一种数控机床AC主轴头及控制方法。

背景技术

随着汽车、高铁、造船、风电、航空航天业的快速发展，人们大型五轴联动高档数控机床的需求越来越多，特别是大型、大扭矩、高精度集一身的五轴联动加工中心，更是被人们所期待，其中AC主轴头是大多五轴联动高档数控机床中的关键核心部件，对机床的改进和发展有着重要作用。

目前AC主轴头的A轴摆动驱动机构主要有两种形式，一是机械增扭驱动式，包括蜗轮副减速、齿轮副减速等增扭驱动；二是直驱驱动式，包括力矩电机直驱、普通伺服电机直驱、普通伺服电机+齿盘定位直驱驱动等，这些驱动方式各自存在优缺点，机械增扭驱动式AC主轴的优点是扭矩大，缺点是精度差，主要由机械间隙、制造误差等原因所造成；直驱驱动式AC主轴头的优点是精度高、响应快，缺点是扭矩太小，不适于大切削量，因此，为实现高档数控机床的大扭度和高精度，大扭矩、高精度AC主轴头就成了相关大学、科研单位以及企业的重点研究对象。

发明内容

在高档数控机床的AC主轴头中，摆动轴A轴与刀具的距离远大于刀具的回转半径，因此摆动轴A轴在参与插补切削时其摆动扭矩通常会是主轴切削扭矩的几倍，当较大机床切削扭矩超过1千Nm时，A轴的摆动扭矩就需要几千Nm，如果仅靠主动驱动装置的司服力矩电机，电机的体积将会很大，结构受限，如果仅采用机械减速增扭方式，精度就难以得到保证，为解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种双驱动、双闭环控制的数控机床AC主轴头及控制方法，具体技术方案如下：

一种数控机床AC主轴头，包括主轴头体以及摆动安装在主轴头体下方的轴头，所述轴头通过A轴摆动驱动系统安装在主轴头体上，A轴摆动驱动系统驱动轴头绕A轴摆动， A轴摆动驱动系统安装包括主动驱动装置和助力随动驱动装置，主动驱动装置和助力随动驱动装置分别连接在轴头的两侧，所述主轴头体上方设有C轴转动驱动装置，C轴转动驱动装置驱动主轴头体绕C轴转动；

所述主动驱动装置包括右伺服力矩电机和膜片式制动器，右伺服力矩电机定子部分与主轴头体固定连接，右伺服力矩电机转子部分与轴头固定连接，右伺服力矩电机远离轴头的一端与膜片式制动器连接；

所述助力随动驱动装置包括左伺服力矩电机和行星轮减速装置，行星轮减速装置与轴头固定连接，左伺服力矩电机设置在行星轮减速装置远离轴头的一端，左伺服力矩电机转子部分与行星轮减速装置连接，左伺服力矩电机定子部分与主轴头体连接；

所述右伺服力矩电机、左伺服力矩电机以及A轴同轴设置。

优选的，所述主轴头体包括主轴头壳和中心套，中心套固定安装在主轴头壳上端，所述中心套与C轴转动驱动装置驱动部分连接，C轴转动驱动装置固定部分与机床固定连接，所述主轴头壳为倒“U”结构，主轴头壳左右两侧分别为左容腔结构和右容腔结构，所述轴头摆动安装在左、右两容腔结构之间；

所述轴头包括主轴单元和主轴体，主轴单元固定设置在主轴体内，主轴体两侧分别固定连接有左支臂和右支臂，左支臂远离主轴体的一端延伸至左容腔结构内，左支臂外壁上通过轴承一套设有左支套，左支套位于左容腔结构内且与左容腔结构固定连接，右支臂远离主轴体的一端延伸至右容腔结构内，右支臂外壁上通过轴承五套设有右支套，右支套位于右容腔结构内且与右容腔结构固定连接，左支臂与右支臂同轴；

A轴摆动驱动系统的主动驱动装置和助力随动驱动装置分别设置在轴头两侧的容腔结构内，所述右伺服力矩电机定子部分与右支套固定连接，右伺服力矩电机转子部分与右支臂固定连接，所述行星轮减速装置与左支臂固定连接，所述左伺服力矩电机定子部分与左支套固定连接。

优选的，所述C轴转动驱动装置包括大力矩电机和套，所述中心套置于套内，大力矩电机外壁与套内壁固定连接，大力矩电机的内壁上设置大力矩电机转子，大力矩电机转子固定套设在中心套外壁上；

所述主轴头体还包括头盖和连接板，所述头盖固定安装在主轴头壳上端，中心套固定连接在头盖上端，连接板通过支承轴承套设在中心套外壁上，连接板远离头盖一端与机床固定连接，所述套与连接板固定连接。

优选的，所述右伺服力矩电机定子部分包括右力矩电机定子和右定子壳，右定子壳固定连接在右支套远离主轴体的一端，右力矩电机定子嵌固在右定子壳内，所述右伺服力矩电机转子部分包括右力矩电机转子和右转子套，右转子套固定连接在右支臂远离主轴体的一端，右伺服力矩电机转子嵌固在右转子套内，右伺服力矩电机转子部分位于右力矩电机定子中心位置，右力矩电机定子和右力矩电机转子相对设置。

优选的，所述膜片式制动器包括静片基板、动片基板和电磁施力器，静片基板安装在右定子壳远离右支套的一端上，动片基板安装在右转子套远离右支臂的一端上，静片基板上设有多个静摩擦片，动片基板上设有多个动摩擦片，动摩擦片和静摩擦片相对设置，且静摩擦片和动摩擦片隔片叠放，电磁施力器位于右力矩电机中心位置；

所述电磁施力器包括压盘和导套，所述导套固定设置在右支臂上，导套位于右力矩电机转子中心位置，所述压盘滑动套设在导套外壁上，压盘远离右支臂的一端内部设有限位孔，所述导套远离右支臂的一端延伸至限位孔内，限位孔直径大于导套直径，导套位于限位孔内的一端设有限位部，限位部直径大于导套直径且小于限位孔直径，所述压盘远离右支臂的一端设有施压部，施压部位于动摩擦基片远离右转子套的一端，施压部覆盖摩擦片，所述压盘靠近右支臂的一端外壁上嵌固有线圈，右支臂内壁上设有线圈环，与线圈对应的线圈环内壁上嵌固有第一线圈。

优选的，所述行星减速装置包括连接盘、太阳轮和行星齿轮，所述太阳轮与A轴同轴，太阳轮通过轴承二与左支臂连接，行星齿轮有三个，三个行星齿轮沿太阳轮周向均匀分布，且太阳轮与行星齿轮啮合，所述行星齿轮通过轴承四套设在行星轮轴外壁上，行星轮轴与左支臂连接，所述左支套靠近主轴体的一端内圈为齿圈结构，齿圈与行星齿轮啮合，所述连接盘为套型结构，连接盘内壁设有内齿，所述太阳轮远离左支臂的一端与连接盘内齿啮合，左支臂通过轴承三与连接盘连接。

优选的，所述左伺服力矩电机定子部分包括左力矩电机定子和左定子壳，左定子壳固定连接在左支套远离主轴体的一端，左力矩电机定子嵌固在左定子壳内，所述左伺服力矩电机转子部分包括左力矩电机转子和左转子套，左转子套固定连接在连接盘远离主轴体的一端，左力矩电机转子嵌固在左转子套内，左伺服力矩电机转子部分位于左力矩电机定子中心位置，左力矩电机定子和左力矩电机转子相对设置。

优选的，所述太阳轮靠近连接盘的一端中心位置嵌设有钢球，连接盘内部靠近太阳轮的位置设有垫板，连接盘靠近太阳轮一端的内壁上设有波纹软套，所述轴承二与左支臂之间设有软套。

一种数控机床AC主轴头的控制方法，所述AC主轴头由数控系统和嵌入式控制模块控制，包括以下步骤：

1）所述AC主轴头A轴的运行是双驱动、双闭环控制，其中所述主动驱动装置为第一个闭环控制系统，通过一组传感器实时采集右伺服力矩电机的参数信息；

所述助力随动驱动装置为第二个闭环控制系统，通过另一组传感器实时采集左伺服力矩电机的参数信息；

2）AC主轴头开始工作，左伺服力矩电机和右伺服力矩电机同时运行，各传感器把左、右伺服力矩电机的参数信息传输给数控系统；

3）数控系统根据传感器反馈的参数信息分别对左、右伺服力矩电机实施自适应控制：通过主动驱动装置使A轴保持位置闭环同步；

控制左伺服力矩电机的输出功率在一定区间内，扭矩最大不超过额定扭矩的80%；

控制右伺服力矩电机的扭矩随动且保持平衡。

优选的，所述采集右伺服力矩电机参数信息的一组传感器包括位置传感器和扭矩传感器；

所述第一个闭环是主动驱动装置右伺服力矩电机的位置闭环控制，右伺服力矩电机接到指令运行，位置传感器采集A轴的位置信息，并将A轴位置实时反馈给数控系统，数控系统根据反馈的位置信息，控制右伺服力矩电机按指令达到准确位置，所述闭环路线为：系统指令→电机运行→反馈信号→系统运算→发出指令→校正位置→系统下一个指令→往复循环，第一个闭环控制的执行机构是右伺服力矩电机；

第二个闭环是主动驱动装置右伺服力矩电机的力矩闭环控制，右伺服力矩电机接到指令运行，扭矩传感器采集右伺服力矩电机的扭矩信息，并将右伺服力矩电机的扭矩信息实时反馈给数控系统，数控系统根据反馈的扭矩信息，控制助力随动驱动装置的左伺服力矩电机增加或减小扭矩，由于左伺服力矩电机与右伺服力矩电机同轴，左伺服力矩电机的扭矩+右伺服力矩电机的扭矩+C（效率常数）=负载扭矩，在负载扭矩确定的情况下，左伺服力矩电机的扭矩增大，右伺服力矩电机的扭矩就减小，通过所述力矩闭环控制，使右伺服力矩电机的扭矩最大不超过额定扭矩的80%，所述闭环路线为：系统指令→电机运行→反馈信号→系统运算→发出指令→校正扭矩→系统下一个指令→往复循环，第二个闭环控制的执行机构是左伺服力矩电机；

所述自适应控制还包括控制制动器，通过调整制动器摩擦力的大小来提高A轴参与插补加工时运行的稳定性，或在A轴不参与插补加工时锁死A轴，减小静态扭矩，制动器自适应控制方法为：在数控系统的数据库中存储A轴稳定运行时的振幅和频率参数，通过可采集振幅、频率的传感器采集A轴实时运行时的振幅和频率，传感器将采集的信息反馈给数控系统，数控系统将反馈的信息与数据库中存储的信息进行对比，控制制动器进行动作。

本发明的有益效果为：本发明的AC主轴头的A轴摆动通过主动驱动装置和助力随动驱动装置进行同轴双驱驱动，其中主动驱动装置的右伺服力矩电机直接驱动主轴体，助力随动驱动装置的左伺服力矩电机和行星轮减速装置相配合进行扭矩调整，解决了单一驱动机构无法同时实现高精度和大扭矩的问题，本发明的AC主轴头结构轻便，且集响应快、大扭度和高精度于一体，适于大切削量，为大型五轴联动高档数控机床的发展奠定了基础。

附图说明

图1为AC主轴头整体结构三维示意图；

图2为图1的另一姿态-A轴摆动三维示意图；

图3为图2的另一姿态-C轴转动三维示意图；

图4为图1的主剖剖视示意图；

图5为图4的H局部放大示意图；

图6为图4的V局部放大示意图；

图7为左支套三维示意图；

图8为连接盘三维示意图。

附图标号：1-主轴单元、2-主轴体、3-左支臂、4-主轴头壳、5-左支套、6-轴承一、7-左力矩电机定子、8-连接盘、 9-轴承二、10-太阳轮、11-左力矩电机转子、12-波纹软套、13-轴承三、14-行星轮轴、15-轴承四、16-行星齿轮、17-头盖、18-连接板、19-螺钉、20-套、21-大力矩电机、22-中心套、23-大力矩电机转子、24-支承轴承、25-右支套、26-轴承五、27-右力矩电机定子、28-静片基板、29-动片基板、30-压盘、31-导套、32-线圈、33-右转子套、34-静摩擦片、35-动摩擦片、36-右力矩电机转子、37-右定子壳、38-右支臂、39-垫板、40-钢球、41-软套、42-第一线圈、43-线圈环、44-左定子壳、45-左转子套。

具体实施方式

为了使本发明更为清楚、明白，以下结合附图说明和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，应当了解，所给出的实施例仅仅为实现方式的一种，并不代表所有实施例。

在本文中，“左、右”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定。

结合附图1-8，一种数控机床AC主轴头，包括主轴头体以及摆动安装在主轴头体下方的轴头，所述轴头通过A轴摆动驱动系统安装在主轴头体上，A轴摆动驱动系统驱动轴头绕A轴摆动， A轴摆动驱动系统安装包括主动驱动装置和助力随动驱动装置，主动驱动装置和助力随动驱动装置分别连接在轴头的两侧，所述主轴头体上方设有C轴转动驱动装置，C轴转动驱动装置驱动主轴头体绕C轴转动；

所述主动驱动装置包括右伺服力矩电机和膜片式制动器，右伺服力矩电机定子部分与主轴头体固定连接，右伺服力矩电机转子部分与轴头固定连接，右伺服力矩电机远离轴头的一端与膜片式制动器连接；

所述助力随动驱动装置包括左伺服力矩电机和行星轮减速装置，行星轮减速装置与轴头固定连接，左伺服力矩电机设置在行星轮减速装置远离轴头的一端，左伺服力矩电机转子部分与行星轮减速装置连接，左伺服力矩电机定子部分与主轴头体连接；

所述右伺服力矩电机、左伺服力矩电机以及A轴同轴设置。

具体的，所述主轴头体包括头盖17、连接板18，主轴头壳4和中心套22，所述头盖17固定安装在主轴头壳4上端，中心套22固定安装在头盖17上端，连接板通过支承轴承24套设在中心套22外壁上，连接板18远离头盖17一端与机床固定连接，连接板18可通过螺钉19与机床连接，所述套20与连接板18固定连接；

所述C轴转动驱动装置包括大力矩电机21和套20，所述中心套22置于套20内，大力矩电机21外壁与套20内壁固定连接，大力矩电机21的内壁上设置大力矩电机转子23，大力矩电机转子23固定套设在中心套22外壁上，C轴转动时，大力矩电机转子23通过中心套22带动主轴头体绕C轴转动；

所述主轴头壳4为倒“U”结构，主轴头壳4左右两侧分别为左容腔结构和右容腔结构，所述轴头摆动安装在左、右两容腔结构之间。

需要了解的是，大力矩电机转子23即C轴转动驱动装置驱动部分，大力矩电机21外壁即C轴转动驱动装置固定部分。

所述轴头包括主轴单元1和主轴体2，主轴单元1固定设置在主轴体2内，主轴体2两侧分别固定连接有左支臂3和右支臂38，左支臂3远离主轴体2的一端延伸至左容腔结构内，左支臂3外壁上通过轴承一6套设有左支套5，左支套5位于左容腔结构内且与左容腔结构固定连接，右支臂38远离主轴体2的一端延伸至右容腔结构内，右支臂38外壁上通过轴承五26套设有右支套25，右支套25位于右容腔结构内且与右容腔结构固定连接，左支臂3与右支臂38同轴；

A轴摆动驱动系统的主动驱动装置和助力随动驱动装置分别设置在轴头两侧的容腔结构内，所述右伺服力矩电机定子部分与右支套25固定连接，右伺服力矩电机转子部分与右支臂38固定连接，所述行星轮减速装置与左支臂3固定连接，所述左伺服力矩电机定子部分与左支套5固定连接。

所述右伺服力矩电机定子部分包括右力矩电机定子27和右定子壳37，右定子壳37固定连接在右支套25远离主轴体2的一端，右力矩电机定子27嵌固在右定子壳37内，所述右伺服力矩电机转子部分包括右力矩电机转子36和右转子套33，右转子套33固定连接在右支臂38远离主轴体2的一端，右力矩电机转子36嵌固在右转子套33内，右伺服力矩电机转子部分位于右力矩电机定子27中心位置，右力矩电机定子27和右力矩电机转子36相对设置，右伺服力矩电工作时，通过右力矩电机转子36带动右支臂38转动，进而带动主轴体2摆动。

具体的，所述膜片式制动器包括静片基板28、动片基板29和电磁施力器，静片基板28安装在右定子壳37远离右支套25的一端上，动片基板29安装在右转子套33远离右支臂38的一端上，静片基板28上设有多个静摩擦片34，动片基板29上设有多个动摩擦片35，动摩擦片35和静摩擦片34相对设置，且静摩擦片34和动摩擦片35隔片叠放，电磁施力器位于右力矩电机中心位置；

所述电磁施力器包括压盘30和导套31，所述导套31固定设置在右支臂38上，导套31位于右力矩电机转子中心位置，所述压盘30滑动套设在导套31外壁上，压盘30远离右支臂38的一端内部设有限位孔，所述导套31远离右支臂38的一端延伸至限位孔内，限位孔直径大于导套31直径，导套31位于限位孔内的一端设有限位部，限位部直径大于导套31直径且小于限位孔直径，所述压盘30远离右支臂38的一端设有施压部，施压部位于动摩擦基片35远离右转子套33的一端，施压部覆盖摩擦片，所述压盘30靠近右支臂38的一端外壁上嵌固有线圈32，右支臂38内壁上设有线圈环43，与线圈32对应的线圈环43内壁上嵌固有第一线圈42，通过线圈32和第一线圈42驱动压盘30沿导套31轴向移动，压盘30的施压部可压紧或松开静、动摩擦片，静摩擦片34和动摩擦片35在压力作用下相互接触产生摩擦，进而实现对右伺服力矩电机的制动，同时通过控制线圈32和第一线圈42的电流和电压的大小，来控制压盘30施压力的大小，从而实现对制动力大小的控制。

具体的，所述行星减速装置包括连接盘8、太阳轮10和行星齿轮16，所述太阳轮10与A轴同轴，太阳轮10通过轴承二9与左支臂3连接，行星齿轮16有三个，三个行星齿轮16沿太阳轮10周向均匀分布，且太阳轮10与行星齿轮16啮合，所述行星齿轮16通过轴承四15套设在行星轮轴14外壁上，行星轮轴14与左支臂3连接，所述左支套5靠近主轴体2的一端内圈为齿圈结构，齿圈与行星齿轮16啮合，所述连接盘8为套型结构，连接盘8内壁设有内齿，所述太阳轮10远离左支臂3的一端与连接盘8内齿啮合，左支臂3通过轴承三13与连接盘8连接。

具体的，所述太阳轮10靠近连接盘8的一端中心位置嵌设有钢球40，连接盘8内部靠近太阳轮10的位置设有垫板39，连接盘8靠近太阳轮10一端的内壁上设有波纹软套12，所述轴承二9与左支臂3之间设有软套41，通过钢球40、垫板39、波纹软套12和软套41使太阳轮10处于浮动姿态，将左伺服力矩电机的动力传至太阳轮10，解决了动力软连接、运行常浮动的行星轮传动机构中的关键问题。

具体的，所述左伺服力矩电机定子部分包括左力矩电机定子7和左定子壳44，左定子壳44固定连接在左支套5远离主轴体2的一端，左力矩电机定子7嵌固在左定子壳44内，所述左伺服力矩电机转子部分包括左力矩电机转子11和左转子套45，左转子套45固定连接在连接盘8远离主轴体2的一端，左力矩电机转子11嵌固在左转子套45内，左伺服力矩电机转子部分位于左力矩电机定子7中心位置，左力矩电机定子7和左力矩电机转子11相对设置。

一种数控机床AC主轴头的控制方法，所述AC主轴头由数控系统和嵌入式控制模块控制，包括以下步骤：

1）所述AC主轴头A轴的运行是双驱动、双闭环控制，其中所述主动驱动装置为第一个闭环控制系统，通过一组传感器实时采集右伺服力矩电机的参数信息；

所述助力随动驱动装置为第二个闭环控制系统，通过另一组传感器实时采集左伺服力矩电机的参数信息；

2）AC主轴头开始工作，左伺服力矩电机和右伺服力矩电机同时运行，各传感器把左、右伺服力矩电机的参数信息传输给数控系统；

3）数控系统根据传感器反馈的参数信息分别对左、右伺服力矩电机实施自适应控制：通过主动驱动装置使A轴保持位置闭环同步；

控制左伺服力矩电机的输出功率在一定区间内，扭矩最大不超过额定扭矩的80%；

控制右伺服力矩电机的扭矩随动且保持平衡。

具体的，所述采集右伺服力矩电机参数信息的一组传感器包括位置传感器和扭矩传感器，位置传感器和扭矩传感器设置在右伺服力矩电机的定子和转子之间；

所述第一个闭环是主动驱动装置右伺服力矩电机的位置闭环控制，右伺服力矩电机接到指令运行，位置传感器采集A轴的位置信息，并将A轴位置实时反馈给数控系统，数控系统根据反馈的位置信息，控制右伺服力矩电机按指令达到准确位置，所述闭环路线为：系统指令→电机运行→反馈信号→系统运算→发出指令→校正位置→系统下一个指令→往复循环，第一个闭环控制的执行机构是右伺服力矩电机；

第二个闭环是主动驱动装置右伺服力矩电机的力矩闭环控制，右伺服力矩电机接到指令运行，扭矩传感器采集右伺服力矩电机的扭矩信息，并将右伺服力矩电机的扭矩信息实时反馈给数控系统，数控系统根据反馈的扭矩信息，控制助力随动驱动装置的左伺服力矩电机增加或减小扭矩，由于左伺服力矩电机与右伺服力矩电机同轴，左伺服力矩电机的扭矩+右伺服力矩电机的扭矩+C（效率常数）=负载扭矩，在负载扭矩确定的情况下，左伺服力矩电机的扭矩增大，右伺服力矩电机的扭矩就减小，通过所述力矩闭环控制，使右伺服力矩电机的扭矩最大不超过额定扭矩的80%，所述闭环路线为：系统指令→电机运行→反馈信号→系统运算→发出指令→校正扭矩→系统下一个指令→往复循环，第二个闭环控制的执行机构是左伺服力矩电机；

所述自适应控制还包括控制制动器，通过调整制动器摩擦力的大小来提高A轴参与插补加工时运行的稳定性，或在A轴不参与插补加工时锁死A轴，减小静态扭矩，制动器自适应控制方法为：在数控系统的数据库中存储A轴稳定运行时的振幅和频率参数，通过可采集振幅、频率的传感器采集A轴实时运行时的振幅和频率，传感器将采集的信息反馈给数控系统，数控系统将反馈的信息与数据库中存储的信息进行对比，控制制动器进行动作。

具体的，A轴参与插补精加工时，通过制动器摩擦力施加预紧力，调整制动器摩擦力的大小以消除运动副产生的微抖动，使切削更平稳；

A轴不参与插补加工时，通过增大摩擦力锁死A轴，以减小静态扭矩，增强运动副静态刚性，所述运动副为右支臂和右支套的相对转动。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，但不受上述实施方式限制，应当明白，对于本领域的普通技术人员来说，可以在不脱离本发明精神和范围的前提下，对本发明进行各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种数控机床AC主轴头的控制方法，所述AC主轴头由数控系统和嵌入式控制模块控制，AC主轴头包括主轴头体以及摆动安装在主轴头体下方的轴头，其特征在于：所述轴头通过A轴摆动驱动系统安装在主轴头体上，A轴摆动驱动系统驱动轴头绕A轴摆动，A轴摆动驱动系统安装包括主动驱动装置和助力随动驱动装置，主动驱动装置和助力随动驱动装置分别连接在轴头的两侧，所述主轴头体上方设有C轴转动驱动装置，C轴转动驱动装置驱动主轴头体绕C轴转动；

所述主动驱动装置包括右伺服力矩电机和膜片式制动器，右伺服力矩电机定子部分与主轴头体固定连接，右伺服力矩电机转子部分与轴头固定连接，右伺服力矩电机远离轴头的一端与膜片式制动器连接；

所述助力随动驱动装置包括左伺服力矩电机和行星轮减速装置，行星轮减速装置与轴头固定连接，左伺服力矩电机设置在行星轮减速装置远离轴头的一端，左伺服力矩电机转子部分与行星轮减速装置连接，左伺服力矩电机定子部分与主轴头体连接；

所述右伺服力矩电机、左伺服力矩电机以及A轴同轴设置；

所述控制方法包括以下步骤：

1）所述AC主轴头A轴的运行是双驱动、双闭环控制，其中所述主动驱动装置为第一个闭环控制系统，通过一组传感器实时采集右伺服力矩电机的参数信息；

所述助力随动驱动装置为第二个闭环控制系统，通过另一组传感器实时采集左伺服力矩电机的参数信息；

2）AC主轴头开始工作，左伺服力矩电机和右伺服力矩电机同时运行，各传感器把左、右伺服力矩电机的参数信息传输给数控系统；

3）数控系统根据传感器反馈的参数信息分别对左、右伺服力矩电机实施自适应控制：通过主动驱动装置使A轴保持位置闭环同步；

控制左伺服力矩电机的输出功率在一定区间内，扭矩最大不超过额定扭矩的80%；

控制右伺服力矩电机的扭矩随动且保持平衡。

2.根据权利要求1所述的一种数控机床AC主轴头的控制方法，其特征在于：所述主轴头体包括主轴头壳（4）和中心套（22），中心套（22）固定安装在主轴头壳（4）上端，所述中心套（22）与C轴转动驱动装置驱动部分连接，C轴转动驱动装置固定部分与机床固定连接，所述主轴头壳（4）为倒“U”结构，主轴头壳（4）左右两侧分别为左容腔结构和右容腔结构，所述轴头摆动安装在左、右两容腔结构之间；

所述轴头包括主轴单元（1）和主轴体（2），主轴单元（1）固定设置在主轴体（2）内，主轴体（2）两侧分别固定连接有左支臂（3）和右支臂（38），左支臂（3）远离主轴体（2）的一端延伸至左容腔结构内，左支臂（3）外壁上通过轴承一（6）套设有左支套（5），左支套（5）位于左容腔结构内且与左容腔结构固定连接，右支臂（38）远离主轴体（2）的一端延伸至右容腔结构内，右支臂（38）外壁上通过轴承五（26）套设有右支套（25），右支套（25）位于右容腔结构内且与右容腔结构固定连接，左支臂（3）与右支臂（38）同轴；

A轴摆动驱动系统的主动驱动装置和助力随动驱动装置分别设置在轴头两侧的容腔结构内，所述右伺服力矩电机定子部分与右支套（25）固定连接，右伺服力矩电机转子部分与右支臂（38）固定连接，所述行星轮减速装置与左支臂（3）固定连接，所述左伺服力矩电机定子部分与左支套（5）固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种数控机床AC主轴头的控制方法，其特征在于：所述C轴转动驱动装置包括大力矩电机（21）和套（20），所述中心套（22）置于套（20）内，大力矩电机（21）外壁与套（20）内壁固定连接，大力矩电机（21）的内壁上设置大力矩电机转子（23），大力矩电机转子（23）固定套设在中心套（22）外壁上；

所述主轴头体还包括头盖（17）和连接板（18），所述头盖（17）固定安装在主轴头壳（4）上端，中心套（22）固定连接在头盖（17）上端，连接板（18）通过支承轴承（24）套设在中心套（22）外壁上，连接板（18）远离头盖一端与机床固定连接，所述套（20）与连接板（18）固定连接。

4.根据权利要求2所述的一种数控机床AC主轴头的控制方法，其特征在于：所述右伺服力矩电机定子部分包括右力矩电机定子（27）和右定子壳（37），右定子壳（37）固定连接在右支套（25）远离主轴体（2）的一端，右力矩电机定子（27）嵌固在右定子壳（37）内，所述右伺服力矩电机转子部分包括右力矩电机转子（36）和右转子套（33），右转子套（33）固定连接在右支臂（38）远离主轴体（2）的一端，右力矩电机转子（36）嵌固在右转子套（33）内，右伺服力矩电机转子部分位于右力矩电机定子（27）中心位置，右力矩电机定子（27）和右力矩电机转子（36）相对设置。

5.根据权利要求4所述的一种数控机床AC主轴头的控制方法，其特征在于：所述膜片式制动器包括静片基板（28）、动片基板（29）和电磁施力器，静片基板（28）安装在右定子壳（37）远离右支套（25）的一端上，动片基板（29）安装在右转子套（33）远离右支臂（38）的一端上，静片基板（28）上设有多个静摩擦片（34），动片基板（29）上设有多个动摩擦片（35），动摩擦片（35）和静摩擦片（34）相对设置，且静摩擦片（34）和动摩擦片（35）隔片叠放，电磁施力器位于右力矩电机中心位置；

所述电磁施力器包括压盘（30）和导套（31），所述导套（31）固定设置在右支臂（38）上，导套（31）位于右力矩电机转子（36）中心位置，所述压盘（30）滑动套设在导套（31）外壁上，压盘（30）远离右支臂（38）的一端内部设有限位孔，所述导套（31）远离右支臂（38）的一端延伸至限位孔内，限位孔直径大于导套（31）直径，导套（31）位于限位孔内的一端设有限位部，限位部直径大于导套（31）直径且小于限位孔直径，所述压盘（30）远离右支臂（38）的一端设有施压部，施压部位于动摩擦片（35）远离右转子套（33）的一端，施压部覆盖摩擦片，所述压盘（30）靠近右支臂（38）的一端外壁上嵌固有线圈（32），右支臂（38）内壁上设有线圈环（43），与线圈（32）对应的线圈环（43）内壁上嵌固有第一线圈（42）。

6.根据权利要求2所述的一种数控机床AC主轴头的控制方法，其特征在于：所述行星轮减速装置包括连接盘（8）、太阳轮（10）和行星齿轮（16），所述太阳轮（10）与A轴同轴，太阳轮（10）通过轴承二（9）与左支臂（3）连接，行星齿轮（16）有三个，三个行星齿轮（16）沿太阳轮（10）周向均匀分布，且太阳轮（10）与行星齿轮（16）啮合，所述行星齿轮（16）通过轴承四（15）套设在行星轮轴（14）外壁上，行星轮轴（14）与左支臂（3）连接，所述左支套（5）靠近主轴体（2）的一端内圈为齿圈结构，齿圈与行星齿轮（16）啮合，所述连接盘（8）为套型结构，连接盘（8）内壁设有内齿，所述太阳轮（10）远离左支臂（3）的一端与连接盘（8）内齿啮合，左支臂（3）通过轴承三（13）与连接盘（8）连接。

7.根据权利要求6所述的一种数控机床AC主轴头的控制方法，其特征在于：所述左伺服力矩电机定子部分包括左力矩电机定子（7）和左定子壳（44），左定子壳（44）固定连接在左支套（5）远离主轴体（2）的一端，左力矩电机定子（7）嵌固在左定子壳（44）内，所述左伺服力矩电机转子部分包括左力矩电机转子（11）和左转子套（45），左转子套（45）固定连接在连接盘（8）远离主轴体（2）的一端，左力矩电机转子（11）嵌固在左转子套（45）内，左伺服力矩电机转子部分位于左力矩电机定子（7）中心位置，左力矩电机定子（7）和左力矩电机转子（11）相对设置。

8.根据权利要求6所述的一种数控机床AC主轴头的控制方法，其特征在于：所述太阳轮（10）靠近连接盘（8）的一端中心位置嵌设有钢球（40），连接盘（8）内部靠近太阳轮（10）的位置设有垫板（39），连接盘（8）靠近太阳轮（10）一端的内壁上设有波纹软套（12），所述轴承二（9）与左支臂（3）之间设有软套（41）。

9.根据权利要求1所述的一种数控机床AC主轴头的控制方法，其特征在于：

所述采集右伺服力矩电机参数信息的一组传感器包括位置传感器和扭矩传感器；

所述第一个闭环是主动驱动装置右伺服力矩电机的位置闭环控制，右伺服力矩电机接到指令运行，位置传感器采集A轴的位置信息，并将A轴位置实时反馈给数控系统，数控系统根据反馈的位置信息，控制右伺服力矩电机按指令达到准确位置，所述第一个闭环的路线为：系统指令→电机运行→反馈信号→系统运算→发出指令→校正位置→系统下一个指令→往复循环，第一个闭环控制的执行机构是右伺服力矩电机；

第二个闭环是主动驱动装置右伺服力矩电机的力矩闭环控制，右伺服力矩电机接到指令运行，扭矩传感器采集右伺服力矩电机的扭矩信息，并将右伺服力矩电机的扭矩信息实时反馈给数控系统，数控系统根据反馈的扭矩信息，控制助力随动驱动装置的左伺服力矩电机增加或减小扭矩，由于左伺服力矩电机与右伺服力矩电机同轴，左伺服力矩电机的扭矩+右伺服力矩电机的扭矩+C（效率常数）=负载扭矩，在负载扭矩确定的情况下，左伺服力矩电机的扭矩增大，右伺服力矩电机的扭矩就减小，通过所述力矩闭环控制，使右伺服力矩电机的扭矩最大不超过额定扭矩的80%，所述第二个闭环的路线为：系统指令→电机运行→反馈信号→系统运算→发出指令→校正扭矩→系统下一个指令→往复循环，第二个闭环控制的执行机构是左伺服力矩电机；

所述自适应控制还包括控制制动器，通过调整制动器摩擦力的大小来提高A轴参与插补加工时运行的稳定性，或在A轴不参与插补加工时锁死A轴，减小静态扭矩，制动器自适应控制方法为：在数控系统的数据库中存储A轴稳定运行时的振幅和频率参数，通过可采集振幅、频率的传感器采集A轴实时运行时的振幅和频率，传感器将采集的信息反馈给数控系统，数控系统将反馈的信息与数据库中存储的信息进行对比，控制制动器进行动作。

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