专利名称：一种热伸长自检测的电主轴结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及电主轴结构，尤其是涉及一种热伸长自检测的电主轴结构。
背景技术：
电主轴是“高频主轴”的简称，是内装式电机主轴单元。它把机床主传动链的长度 缩短为零，实现了机床的“零传动”，具有结构紧凑、机械效率高、回转速度和回转精度高、噪 声低、振动小等优点。电主轴的应用大大提高了加工效率和加工质量，降低了产品成本，是 现代高速高精机床的最重要的功能部件之一。然而，随着电主轴转速的提高，动子和定子的 磁效应发热、轴承的摩擦发热量很大，导致电主轴随着工作时间的增长，其轴向的热伸长也 越来越大。对于常规的零件加工而言，由于深度方向的尺寸精度要求不高，故影响不大。但 对航空航天、精密模具中广泛使用的三维复杂曲面而言，其深度方向的热伸长会导致曲面 上有较为明显的台阶，从而严重影响曲面的加工精度。目前该问题的解决方法主要有1、采用热对称，热优化分析设计，来最大限度的减 小主轴的热伸长；2、采用加工前先对主轴的热误差进行检测，然后通过建模，并实时监测主 轴的温度，从而预测出主轴的热伸长。方法1的缺点是可以减小电主轴的热伸长，但在如 今高速，高精度加工成为趋势，电主轴的工作转速会越来越高，高的发热量肯定是不可避免 的，因而该方法无法有效避免热伸长所造成的影响。而方法2的缺点是集成度低、无法实现 实时检测主轴的热伸长，同时在不同类型的主轴，不同的加工工艺下，主轴热伸长的规律也 不尽相同，需要做大量的实验才能获得较好的补偿效果。如果能够实现主轴的热伸长自检测，根据检测结果通知数控系统做相应的误差， 无疑是一种比较理想而可靠的方式。而加工时由于电主轴的转速通常超过6000r/min，加工 时的现场工况也相当复杂，使得加工时直接检测主轴的热伸长非常困难。因而设计出一种 自带热伸长功能自检测的电主轴结构，便显得非常有必要。
发明内容
为了避免电主轴热伸长所造成的加工误差，本发明的目的在于提供一种热伸长自 检测的电主轴结构，通过该结构可以实时检测出主轴的热伸长，还能够检测出主轴的轴向窜动。本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下本发明是在套筒内圆柱面上固定有定子，安装在套筒孔两端的主轴前轴承座和主 轴后轴承中安装主轴，固定在主轴上的动子与定子之间为转动配合，用于测量动子相对于 套筒热伸长的非接触位移传感器套在前端主轴上，非接触位移传感器固定于主轴前轴承端 盖中，用于测量套筒的温度分布的温度传感器轴向均勻布置于套筒的外圆柱面上。所述的温度传感器为热电偶或热电阻，温度传感器的个数为2 10。本发明具有的有益的效果是通过对热伸长的自检测，热伸长所造成的加工误差可以很容易被补偿，本发明可以对主轴热伸长进行实时检测，也能够检测主轴的轴向窜动，避免了在加工现场测量主轴 热伸长的难题。本主轴结构尤其适合于航空航天、精密模具的高精度加工。
附图是热伸长自检测的电主轴结构示意图。图中1.主轴前轴承端盖，2A.主轴前轴承座，2B.主轴后轴承座，3.套筒，4.温度 传感器，5.主轴后轴承端盖，6.轴承，7.动子，8.定子，9.非接触位移传感器，10.主轴。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如附图所示，在套筒3内圆柱面上固定有定子8，安装在套筒3孔两端的主轴前轴 承座2A和主轴后轴承座2B的轴承6中安装主轴10，固定在主轴10上的动子7与定子8之 间为转动配合，用于测量动子7相对于套筒3热伸长的非接触位移传感器9套在前端主轴 上，非接触位移传感器9固定于主轴前轴承端盖1中，用于测量套筒3的温度分布的温度传 感器4轴向均勻布置于套筒3的外圆柱面上，套筒3、主轴前轴承端盖1和主轴后轴承端盖 5将电主轴及其支承部件封装起来，起到保护和电磁隔离的作用。所述的温度传感器4为热电偶或热电阻，温度传感器4的个数为2 10个，检测 出套筒的温度分布，并计算套筒的热伸长。套筒的热伸长计算方法如下将N个温度传感器均勻布置于套筒上，设套筒的 总长度为L，套筒的热膨胀系数为δ，N个温度传感器的温度为T1-Tn，则套筒的热伸长为
N Jg
△ = Σ^τ。温度传感器可以选用热电偶，热电阻，温度传感器的数目优选为3个。 ti N在电主轴下齿轮座上对称安装两个非接触式位移传感器，用于检测动子相对于套 筒的热伸长；非接触式位移传感器为电感式位移传感器，两个非接触式位移传感器检测到 的热伸长为λρλ”为了避免非接触式位移传感器安装的误差，最终定子相对于套筒的热
伸长为Α = ·^^。 2最终获得的电主轴的热伸长为Δ + λ，该值可以送入数控系统中通知数控系统进 行实时补偿电主轴的热伸长。由于电主轴的轴向窜动是电主轴的重要性能指标，本发明还可以通过非接触式位 移传感器来测量主轴的轴向窜动。轴向窜动的计算方法如下考虑到电主轴动子相对套筒的热伸长是一个缓慢变 化量，故在短时间内(2-5min)可以认为动子相对套筒的热伸长没有变化。而电主轴工作
时，其转速超过2000r/min，因而在2min内，主轴转过4000转，只要采样频率< =，即
33.33HZ即为有效的采样值。首先关闭电主轴，待主轴稳定后测得初始位移量为θ” θ2。 然后打开主轴待主轴运转稳定后，以20ΗΖ的采样频率，在2min中采样240个动子相对于 套筒的位置数据，两个传感器测量的数据分别为S1-S24tl, Il1-Il24ci,则最终的轴向窜动为
权利要求
一种热伸长自检测的电主轴结构，其特征在于在套筒(3)内圆柱面上固定有定子(8)，安装在套筒(3)孔两端的主轴前轴承座(2A)和主轴后轴承(2B)中安装主轴(10)，固定在主轴(10)上的动子(7)与定子(8)之间为转动配合，用于测量动子(7)相对于套筒(3)热伸长的非接触位移传感器(9)套在前端主轴上，非接触位移传感器(9)固定于主轴前轴承端盖(1)中，用于测量套筒(3)的温度分布的温度传感器(4)轴向均匀布置于套筒(3)的外圆柱面上。
2.根据权利要求1所述的一种热伸长自检测的电主轴结构，其特征在于所述的温度 传感器⑷为热电偶或热电阻，温度传感器⑷的个数为2 10个。
全文摘要
本发明公开了一种热伸长自检测的电主轴结构。是在套筒内圆柱面上固定有定子，安装在套筒孔两端的主轴前轴承座和主轴后轴承中安装主轴，固定在主轴上的动子与定子之间为转动配合，用于测量动子相对于套筒热伸长的非接触位移传感器套在前端主轴上，非接触位移传感器固定于主轴前轴承端盖中，用于测量套筒的温度分布的温度传感器轴向均匀布置于套筒的外圆柱面上。通过对热伸长的自检测，热伸长所造成的加工误差可以很容易被补偿，本发明可以对主轴热伸长进行实时检测，也能够检测主轴的轴向窜动，避免了在加工现场测量主轴热伸长的难题。本主轴结构尤其适合于航空航天、精密模具的高精度加工。
文档编号H02K7/10GK101944795SQ20101023556
公开日2011年1月12日 申请日期2010年7月23日 优先权日2010年7月23日
发明者傅建中, 姚鑫骅, 沈洪垚, 甘文峰, 贺永, 陈子辰 申请人:浙江大学