CN218926258U - 一种电主轴频谱监控结构、电主轴和机床 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电主轴频谱监控结构、电主轴和机床，包括：机体组件，设有上轴承座和下轴承座，上轴承座设有第一传感器安装孔，第一传感器安装孔沿电主轴的径向延伸，并在延伸至上轴承承载面前截止，下轴承座设有第二传感器安装孔，第二传感器安装孔沿电主轴的径向延伸，并在延伸至下轴承承载面前截止；接触式传感器，设置于机体组件内部，接触式传感器包括第一接触式传感器和第二接触式传感器，第一接触式传感器设于第一传感器安装孔，用于感测上轴承的震动频率，第二接触式传感器设于第二传感器安装孔，用于感测下轴承的震动频率。其能够实时监控电主轴自身频谱变化，从而准确反馈出电主轴的加工状态，其结构方便可靠，具有很好的通用性。

Description

一种电主轴频谱监控结构、电主轴和机床

技术领域

本实用新型用于电主轴领域，特别是涉及一种电主轴频谱监控结构、电主轴和机床。

背景技术

高速电主轴是将机床主轴与主轴电机融为一体，传动上摒弃了皮带和齿轮，在高速运转的情况下，很好的解决了振动和噪声问题，提高了机床的加工精度和加工表面粗糙度。

就目前广泛使用的电主轴而言，其最大的缺点是不具有自我频谱智能监测，同时结合机床系统进行实时优化能力，而是单单只靠高速变频器及内置编码器固定转速驱动，以确保加工精度，但是高速变频器及内置编码器无法得知零件加工时的工作状态，无法进行实时的加工参数优化，零部件的加工能力难以突破。

实用新型内容

本实用新型的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种电主轴频谱监控结构、电主轴和机床，其能够实时监控电主轴自身频谱变化，从而准确反馈出电主轴的加工状态，其结构方便可靠，具有很好的通用性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，一种电主轴频谱监控结构，包括：

机体组件，设有上轴承座和下轴承座，所述上轴承座和下轴承座沿电主轴的轴向分布，所述上轴承座设有用于沿径向承载上轴承的上轴承承载面，所述下轴承座设有用于沿径向承载下轴承的下轴承承载面，所述上轴承座设有第一传感器安装孔，所述第一传感器安装孔沿电主轴的径向延伸，并在延伸至所述上轴承承载面前截止，所述下轴承座设有第二传感器安装孔，所述第二传感器安装孔沿电主轴的径向延伸，并在延伸至所述下轴承承载面前截止；

接触式传感器，设置于所述机体组件内部，所述接触式传感器包括第一接触式传感器和第二接触式传感器，所述第一接触式传感器设置于所述第一传感器安装孔，用于感测上轴承的震动频率，所述第二接触式传感器设置于所述第二传感器安装孔，用于感测下轴承的震动频率。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述机体组件包括机体，所述机体沿电主轴的轴向延伸，所述上轴承座与所述机体分体制作，所述上轴承座设有轴向凸台，所述轴向凸台沿轴向由所述机体的上端嵌入所述机体内部，所述轴向凸台的外周面设有第一沉槽，所述第一传感器安装孔设置于所述第一沉槽中，所述机体与所述上轴承座之间通过所述第一沉槽限定出使所述第一接触式传感器与外部隔离的第一内部空间。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述下轴承座直接成型于所述机体，所述机体的外周面在所述下轴承承载面的外侧设有第二沉槽，所述第二传感器安装孔设置于所述第二沉槽中，所述机体外侧设有遮蔽所述第二沉槽的机体外套，所述机体外套与所述机体之间通过所述第二沉槽限定出使所述第二接触式传感器与外部隔离的第二内部空间。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述机体的下端设有沿径向向所述下轴承承载面下沉的环槽，所述机体外套装配于所述环槽。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述机体组件还包括设置于所述上轴承座顶部的水套组件，所述水套组件、上轴承座、机体设有沿轴向延伸的穿线孔，所述接触式传感器的导线布置于所述穿线孔，并由所述水套组件后端的传感器接头安装座引出。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第一传感器安装孔中设有螺纹，所述第一接触式传感器前端打胶并拧紧于所述第一传感器安装孔中；所述第二传感器安装孔中设有螺纹，所述第二接触式传感器前端打胶并拧紧于所述第二传感器安装孔中。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述上轴承座中设有两个上轴承，两个上轴承沿轴向分布，两个上轴承的轴承外圈支撑于所述上轴承承载面，所述上轴承座对应两个所述上轴承设有两个第一传感器安装孔，两个所述第一传感器安装孔中均设有第一接触式传感器。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述下轴承座中设有两个下轴承，两个下轴承沿轴向分布，两个下轴承的轴承外圈支撑于所述下轴承承载面，所述下轴承座对应两个所述下轴承设有两个第二传感器安装孔，两个所述第二传感器安装孔中均设有第二接触式传感器。

第二方面，一种电主轴，包括第一方面中任一实现方式所述的电主轴频谱监控结构。

第三方面，一种机床，包括第二方面中任一实现方式所述的电主轴。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：主轴的振动、轴承的状态、机床的负载变化等都会影响零件的加工精度及加工面的粗糙度，尤其高精密部件加工方面影响尤为突出，主轴高速运转时其轴承的性能是影响主轴整体加工的主要影响因素，故接触式传感器设计为靠近轴承位置，并且上轴承座和下轴承座对应位置开有传感器安装孔，将接触式传感器紧固到对应的传感器安装孔上即可在检测过程中准确的反映主轴状态，为机床的驱动参数优化提供参考。本实用新型的技术方案能够实时监控电主轴自身频谱变化，从而准确反馈出电主轴的加工状态，其结构方便可靠，具有很好的通用性。

同时，主轴使用过程中，其工作环境比较复杂，有冷却液及水雾、灰尘、铁削等各种杂物可能干扰测量结果及其使用寿命。本实用新型的技术方案中，安装后接触式传感器将完全置于机体组件内部，以隔离外部水、气进入主轴内，保证信号传输的稳定性，此结构可在加工过程中避免接触式传感器受到干扰。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型一个实施例电主轴频谱监控结构示意图；

图2是图1所示的一个实施例上轴承座结构示意图；

图3是图1所示的一个实施例第一接触式传感器安装于上轴承座结构示意图；

图4是图1所示的一个实施例机体结构示意图；

图5是图1所示的一个实施例第二接触式传感器安装于机体结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

本实用新型中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本实用新型的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本实用新型的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

其中，图1给出了本实用新型实施例的参考方向，以下结合图2所示的方向，对本实用新型的实施例进行说明。

本实用新型的实施例提供了一种电主轴频谱监控结构，主要用于对零件加工精度及加工表面粗糙度要求较高的高端主轴中，如模具机等。

参见图1、图2、图4，电主轴频谱监控结构包括机体组件100和接触式传感器，机体组件100设有上轴承座101和下轴承座102，上轴承座101和下轴承座102沿电主轴的轴向分布，上轴承座101设有用于沿径向承载上轴承201的上轴承承载面103，下轴承座102设有用于沿径向承载下轴承202的下轴承承载面104，上轴承座101设有第一传感器安装孔105，第一传感器安装孔105用于安装接触式传感器，第一传感器安装孔105沿电主轴的径向延伸，并在延伸至上轴承承载面103前截止，以使安装于第一传感器安装孔105的接触式传感器能够更准确的监控轴承的频谱信息。对应的，下轴承座102设有第二传感器安装孔106，第二传感器安装孔106用于安装接触式传感器，第二传感器安装孔106沿电主轴的径向延伸，并在延伸至下轴承承载面104前截止，以使安装于第二传感器安装孔106的接触式传感器能够更准确的监控轴承的频谱信息。

接触式传感器设置于机体组件100内部，接触式传感器包括第一接触式传感器301和第二接触式传感器302，第一接触式传感器301设置于第一传感器安装孔105，用于感测上轴承201的震动频率，第二接触式传感器302设置于第二传感器安装孔106，用于感测下轴承202的震动频率。

电主轴频谱监控的工作原理如下：电主轴的转动部件在电机的驱动下在高速旋转过程中由于其本身的电磁力，相关零部件的加工误差，轴承滚珠和内外圈滚道的摩擦等会持续的输出频率信号，该信号反映着主轴当前状态下的整体性能。本实用新型的实施例通过采用接触式传感器采集信号，进一步可以通过对传感器信号的频率分析，将传感器信号转化为按频率排列的频谱图形，并将频谱图形反馈到机床系统，机床系统根据反馈的信号调整机床驱动参数，从而实时优化加工参数提高机床的加工精度。

本实用新型的实施例中，主轴的振动、轴承的状态、机床的负载变化等都会影响零件的加工精度及加工面的粗糙度，尤其高精密部件加工方面影响尤为突出，主轴高速运转时其轴承的性能是影响主轴整体加工的主要影响因素，故接触式传感器设计为靠近轴承位置，并且上轴承座101和下轴承座102对应位置开有传感器安装孔，将接触式传感器紧固到对应的传感器安装孔上即可在检测过程中准确的反映主轴状态，为机床的驱动参数优化提供参考。本实用新型的技术方案能够实时监控电主轴自身频谱变化，从而准确反馈出电主轴的加工状态，其结构方便可靠，具有很好的通用性。

本实用新型的实施例创新的采用多个内置接触式传感器持续的收集主轴运转及加工时轴承的频率，并将其转换为频谱数据，通过频谱分析可以实现主轴整体状态评估，保障主轴的使用性能，通过对频谱的分析可以清楚的知道机床在加工不同零件时的加工能力，实时监测主轴的运转性能，通过频谱的分析可指导主轴参数实时优化，保障机床的加工性能，提升主轴稳定性延长其使用寿命。

通过频谱分析可以清楚的看出主轴各个零件的连接是否牢靠，主轴的基本性能是否稳定，当主轴产生故障时通过频谱分析便捷的找到异常点，便于维修，同时频谱分析也可以清楚的知道主轴加工零件时各个轴承的磨损情况，预估主轴的剩余使用寿命，保障主轴的性能，并且频谱分析可以明确的找到主轴和机床加工不同零件的共振点，可以提前通过参数优化来规避共振点，延长主轴的使用寿命，提升机床的加工性能。

同时，主轴使用过程中，其工作环境比较复杂，有冷却液及水雾、灰尘、铁削等各种杂物可能干扰测量结果及其使用寿命。本实用新型的技术方案中，安装后接触式传感器将完全置于机体组件100内部，以隔离外部水、气进入主轴内，保证信号传输的稳定性，此结构可在加工过程中避免接触式传感器受到干扰，避免裸露在外，提高系统的保护性能。

在一些实施例中，参见图1、图2、图3，机体组件100包括机体107，机体107沿电主轴的轴向延伸，上轴承座101与机体107分体制作，上轴承座101设有轴向凸台108，轴向凸台108沿轴向由机体107的上端嵌入机体107内部，并与机体107配合连接。轴向凸台108的外周面设有第一沉槽109，第一传感器安装孔105设置于第一沉槽109中，机体107与上轴承座101之间通过第一沉槽109限定出使第一接触式传感器301与外部隔离的第一内部空间。这种结构的优势是使第一接触式传感器301内藏于主轴内，避免裸露在外，提高系统的保护性能。

在一些实施例中，参见图1、图4、图5，下轴承座102直接成型于机体107，机体107的外周面在下轴承承载面104的外侧设有第二沉槽110，第二传感器安装孔106设置于第二沉槽110中，机体107外侧设有遮蔽第二沉槽110的机体外套111，机体外套111与机体107之间通过第二沉槽110限定出使第二接触式传感器302与外部隔离的第二内部空间。这种结构的优势是使第二接触式传感器302内藏于主轴内，避免裸露在外，提高系统的保护性能。

进一步的，参见图1、图4、图5，机体107的下端设有沿径向向下轴承承载面104下沉的环槽112，机体外套111装配于环槽112，机体外套111与机体107形成沿轴向连续延伸的外周面，保证整个主轴在机床上的装配性。

参见图1，本实施例为内置于机体组件100的接触式传感器的导线布置提出具体方案，即机体组件100还包括设置于上轴承座101顶部的水套组件113，水套组件113、上轴承座101、机体107设有沿轴向延伸的穿线孔114，接触式传感器的导线布置于穿线孔114，并由水套组件113后端的传感器接头115安装座引出。

接触式传感器可采用镶嵌、螺纹连接、焊接等方式安装于对应的传感器安装孔，例如在一些实施例中，结合图1，第一传感器安装孔105中设有螺纹，第一接触式传感器301前端打胶并拧紧于第一传感器安装孔105中；第二传感器安装孔106中设有螺纹，第二接触式传感器302前端打胶并拧紧于第二传感器安装孔106中。本实施例中，其结构简单、安装方便、性能稳定、具有很强的使用价值，并能够保证信号传输的稳定性。

在一些实施例中，参见图1、图2、图3，上轴承座101中设有两个上轴承201，两个上轴承201沿轴向分布，两个上轴承201的轴承外圈支撑于上轴承承载面103，上轴承座101对应两个上轴承201设有两个第一传感器安装孔105，两个第一传感器安装孔105中均设有第一接触式传感器301。

类似的，参见图1、图4、图5，下轴承座102中设有两个下轴承202，两个下轴承202沿轴向分布，两个下轴承202的轴承外圈支撑于下轴承承载面104，下轴承座102对应两个下轴承202设有两个第二传感器安装孔106，两个第二传感器安装孔106中均设有第二接触式传感器302。本实施例创新的采用4个内置接触式传感器持续的收集主轴运转及加工时轴承的频率，并将其转换为频谱数据，通过频谱分析可以实现主轴整体状态评估，保障主轴的使用性能，通过对频谱的分析可以清楚的知道机床在加工不同零件时的加工能力，实时监测主轴的运转性能，通过频谱的分析可指导主轴参数实时优化，保障机床的加工性能，提升主轴稳定性延长其使用寿命。

本实用新型的实施例还提供了一种电主轴，包括以上任一实施例中的电主轴频谱监控结构。

本实用新型的实施例还提供了一种机床，包括以上任一实施例中的电主轴。

在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“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、材料或者特点包含于本实用新型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示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者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。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种电主轴频谱监控结构，其特征在于，包括：

机体组件，设有上轴承座和下轴承座，所述上轴承座和下轴承座沿电主轴的轴向分布，所述上轴承座设有用于沿径向承载上轴承的上轴承承载面，所述下轴承座设有用于沿径向承载下轴承的下轴承承载面，所述上轴承座设有第一传感器安装孔，所述第一传感器安装孔沿电主轴的径向延伸，并在延伸至所述上轴承承载面前截止，所述下轴承座设有第二传感器安装孔，所述第二传感器安装孔沿电主轴的径向延伸，并在延伸至所述下轴承承载面前截止；

接触式传感器，设置于所述机体组件内部，所述接触式传感器包括第一接触式传感器和第二接触式传感器，所述第一接触式传感器设置于所述第一传感器安装孔，用于感测上轴承的震动频率，所述第二接触式传感器设置于所述第二传感器安装孔，用于感测下轴承的震动频率。

2.根据权利要求1所述的电主轴频谱监控结构，其特征在于，所述机体组件包括机体，所述机体沿电主轴的轴向延伸，所述上轴承座与所述机体分体制作，所述上轴承座设有轴向凸台，所述轴向凸台沿轴向由所述机体的上端嵌入所述机体内部，所述轴向凸台的外周面设有第一沉槽，所述第一传感器安装孔设置于所述第一沉槽中，所述机体与所述上轴承座之间通过所述第一沉槽限定出使所述第一接触式传感器与外部隔离的第一内部空间。

3.根据权利要求2所述的电主轴频谱监控结构，其特征在于，所述下轴承座直接成型于所述机体，所述机体的外周面在所述下轴承承载面的外侧设有第二沉槽，所述第二传感器安装孔设置于所述第二沉槽中，所述机体外侧设有遮蔽所述第二沉槽的机体外套，所述机体外套与所述机体之间通过所述第二沉槽限定出使所述第二接触式传感器与外部隔离的第二内部空间。

4.根据权利要求3所述的电主轴频谱监控结构，其特征在于，所述机体的下端设有沿径向向所述下轴承承载面下沉的环槽，所述机体外套装配于所述环槽。

5.根据权利要求4所述的电主轴频谱监控结构，其特征在于，所述机体组件还包括设置于所述上轴承座顶部的水套组件，所述水套组件、上轴承座、机体设有沿轴向延伸的穿线孔，所述接触式传感器的导线布置于所述穿线孔，并由所述水套组件后端的传感器接头安装座引出。

6.根据权利要求1所述的电主轴频谱监控结构，其特征在于，所述第一传感器安装孔中设有螺纹，所述第一接触式传感器前端打胶并拧紧于所述第一传感器安装孔中；所述第二传感器安装孔中设有螺纹，所述第二接触式传感器前端打胶并拧紧于所述第二传感器安装孔中。

7.根据权利要求1所述的电主轴频谱监控结构，其特征在于，所述上轴承座中设有两个上轴承，两个上轴承沿轴向分布，两个上轴承的轴承外圈支撑于所述上轴承承载面，所述上轴承座对应两个所述上轴承设有两个第一传感器安装孔，两个所述第一传感器安装孔中均设有第一接触式传感器。

8.根据权利要求1所述的电主轴频谱监控结构，其特征在于，所述下轴承座中设有两个下轴承，两个下轴承沿轴向分布，两个下轴承的轴承外圈支撑于所述下轴承承载面，所述下轴承座对应两个所述下轴承设有两个第二传感器安装孔，两个所述第二传感器安装孔中均设有第二接触式传感器。

9.一种电主轴，其特征在于，包括权利要求1～8中任一项所述的电主轴频谱监控结构。

10.一种机床，其特征在于，包括权利要求9所述的电主轴。

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