一种高速气浮主轴驱动系统及方法与流程

1.本发明属于电机驱动器领域，具体地而言为一种高速气浮主轴驱动系统及方法。


背景技术：

2.随着高速精密加工技术的迅速普及与推广，气动主轴也得到了飞速发展。气动主轴由于采用空气作为动力来源，其清洁、安静、结构简单以及易维护的特点得到了越来越多的人的认可。高速精密加工技术中最为核心的便是主轴单元,高速主轴单元的类型主要有电主轴、气动主轴等，两者原理和结构差异较大,应用的范围也不尽相同。与电主轴相比,气动主轴具有结构简单,易维护,发热小,不污染环境,成本低等特点,因此在高转速,扭矩要求不高的实际应用中,具有较为明显的优势。
3.作为高速气浮主轴电机的驱动目前市场还主要停留在通用型驱动器的使用上，对于专业针对高速气浮主轴的驱动系统研究还处在基础阶段，专业的驱动系统可以在保证驱动电机的基础上，对主轴的性能及精度进行更专业的保证，提高气浮主轴的应用和市场的推广，提高整体高端机床的水平。
4.目前市场上常规高速气浮主轴都是由驱动器来驱动的，相对高速气浮主轴来说只能提供基础的驱动及简单的数据输出功能。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于提供一种高速气浮主轴驱动系统及方法，传统的驱动器只是通过调节电流、电压等对主轴进行转速的控制，以及简单的电机状态的监控，无法实时检测主轴工作状态的变化，即使有也只是关于电流、电压、电阻等简单电信号方面的检测，无法实现除了电信号以外其他数据进行的采集及后续动作的控制的问题。
6.本发明是这样实现的，
7.一种高速气浮主轴驱动系统，该系统包括：
8.高集成线路板，所述高集成线路板集成多种传感器；
9.驱动器，用于对对高集成线路板采集的数据进行实时显示、整合、数据传输以及根据指令对电机进行控制；
10.计算机，接收驱动器传输的数据分析主轴所处的环境和状态，并根据主轴所处的环境和状态向驱动器发出指令，驱动器根据指令调整主轴的转速。
11.进一步地，所述高集成线路板设置在高速气浮主轴内部的主轴电机尾部。
12.进一步地，所述高集成线路板包括有温度传感器、湿度传感器、转速传感器、力矩传感器以及电流传感器，并用于分别采集主轴的温度、进气湿度、主轴的转速、主轴的力矩以及主轴的电流数据。
13.进一步地，所述计算机还用于根据采集的温度数据与历史数据对比，或者温度变化量超出设置的阈值范围后，向设备的制冷机发出指令，调整制冷的速度。
14.进一步地，所述计算机还用于根据采集的进气湿度，来监控外部的进气质量，并进
行预警。
15.进一步地，所述计算机还用于根据主轴的转速的变化，力矩和电流的变化，向主轴电机所在设备的控制器发出指令，调整设备的进给量、刀片的选择，其中，分析主轴的转速的变化，力矩和电流的变化前，调取设备上控制器的数据，判断有无负载，并在有负载和无负载两种状态下对主轴的转速的变化，力矩和电流的变化进行分析。
16.进一步地，所述计算机还用于当电机出现故障后，根据故障前主轴所处的环境和状态数据，分析故障的原因。
17.进一步地，根据故障前主轴所处的环境和状态数据，分析故障的原因包括：所述计算机将调取正常状态下的历史数据，并将故障前传感器采集的数据进行对比，对比非正常数据，根据非正常数据类型分析故障的类型。
18.本发明还提供了一种高速气浮主轴驱动方法，该方法包括：
19.采用主轴内部高速气浮主轴的温度、进气湿度、主轴的转速、主轴的力矩以及主轴的电流数据；
20.将数据汇聚在驱动器内；
21.根据采集的数据分析主轴所处的环境和状态，并根据主轴所处的环境和状态向驱动器发出指令，驱动器根据指令调整主轴的转速。
22.进一步地：还包括根据采集的温度数据与历史数据对比，或者温度变化量超出设置的阈值范围后，向设备的制冷机发出指令，调整制冷的速度；
23.根据采集的进气湿度，来监控外部的进气质量，并进行预警；
24.根据主轴的转速的变化，力矩和电流的变化，向主轴电机所在设备的控制器发出指令，调整设备的进给量、刀片的选择；
25.当电机出现故障后，根据故障前主轴所处的环境和状态数据，分析故障的原因，其中分析故障的原因包括：所述计算机将调取正常状态下的历史数据，并将故障前传感器采集的数据进行对比，对比非正常数据，根据非正常数据类型分析故障的类型。
26.本发明与现有技术相比，有益效果在于：
27.相对于传统的驱动器只是通过调节电流、电压等对主轴进行转速的控制，以及简单的电机状态的监控，无法实时检测主轴工作状态的变化，即使有也只是关于电流、电压、电阻等简单电信号方面的检测，无法实现除了电信号以外其他数据进行的采集及后续动作的控制，当电信号突然出现状态后很容易造成精度的变化或主轴的损坏。本发明通过实时采集的数据和以往数据的对比，可以为高速主轴的工作提供相应的数据指导，可以控制外部的包括过滤系统、制冷系统等外部设施来实现整体系统的匹配方案，来保证主轴在高速工作中的稳定状态，可以从根本上解决使用者或者高速气浮主轴制造者关于整体主轴使用状态的实时监控，提高整体高速气浮主轴的应用水平和使用分析，提高主轴的精度和可控性。
附图说明
28.图1为本发明实施例提供的系统的结构框图。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
30.参见图1所示，本发明提供的是主要针对高速气浮主轴的驱动系统，包括和主轴相关的高集成线路板，用于数据采集和数据分析及控制的驱动器，用于数据分析及计算的计算机。其中高集成线路板位于高速气浮主轴的电机尾部，安装电机内部，，在高速气浮主轴的内部，包含温度、湿度、转速、电流等测量的传感器。驱动器用于对高集成线路板采集的数据进行实时显示、整合、数据传输、简单的数据分析以及相关的对于电机的控制输出。通过数据的采集，进行主轴的控制，包括数据的采集、数据的传输、电流的控制、电机的寿命的统计、pid的调整等。数据显示包括实时力矩显示、功率输出、主轴转速、实时电流、实时温度、实时湿度等。参见图1所示，本发明的主轴包括：设置在主轴外壳2内的主轴转子1，在主轴转子的一端安装主轴电机3，所述高集成线路板4安装在高速气浮主轴的电机尾部，并通过主轴端盖密封5。
31.本发明的传感器包括温度传感器、湿度传感器、电流传感器、力矩传感器；根据不同的空气气浮主轴的用途，放置不同的传感器，实现不同的检测目的，通过不同的传感器采集的数据来进行后续的计算及分析，以达到不同主轴不同用途的差异化控制。
32.计算机用于安装到使用设备中运行和使用的设备进行数据通讯及数据分析的传输，根据采集的内部主轴的数据实时保护高速主轴的运行安全和使用的高效平稳，最大限度开发主轴的潜力和工作状态。实时检测高速气浮主轴的进气质量和工作环境的变化，作为高速气浮主轴精度很高，为了保证高精度的运行，作为主要工作介质的高压气体的质量和工作环境的变化对其精度的影响是显而易见的，目前还没有针对高速气浮主轴整体进行监测的植入式监测及控制系统，都是外置的监测，无法精准对其进行实时保护和监测。
33.对于影响高速气浮主轴的包括：温度、湿度、实时的电流、实时的力矩，这些因素的变化都会影响到主轴的使用精度进而影响到加工设备的精度，因为高速气浮主轴是在高速运动并且是相对独立的空间内在运动，所以外置的一些检测方法无法实现很精准的采集数据和分析，无法实时将数据进行采集，也无法对主轴的工作状态进行判断，特别是有负载和无负载的的不同状态下的情况进行对比和分析，通过本技术可以实时将主轴的实时真实的工作状态体现出来。
34.因此，计算机根据采集的温度数据与历史数据对比，或者温度变化量超出设置的阈值范围后，向设备的制冷机发出指令，调整制冷的速度。根据采集的进气湿度，来监控外部的进气质量，并进行预警，气浮主轴进气湿度的变化将严重影响主轴的质量，可以通过进气湿度的变化进行外部的条件控制，提高主轴的寿命及故障排除，进而对主轴外部输出的条件及精度进行分析。。
35.根据主轴的转速的变化，力矩和电流的变化，向主轴电机所在设备的控制器发出指令，调整设备的进给量、刀片的选择，其中，分析主轴的转速的变化，力矩和电流的变化前，调取设备上控制器的数据，判断有无负载，并在有负载和无负载两种状态下对主轴的转速的变化，力矩和电流的变化进行分析。并当电机出现故障后，根据故障前主轴所处的环境和状态数据，分析故障的原因。根据故障前主轴所处的环境和状态数据，分析故障的原因包
括：计算机将调取正常状态下的历史数据，并将故障前传感器采集的数据进行对比，对比非正常数据，根据非正常数据类型分析故障的类型。
36.本发明提供一种高速气浮主轴驱动方法，该方法包括：
37.采用电机内部高速气浮主轴的温度、进气湿度、主轴的转速、主轴的力矩以及主轴的电流数据；
38.将数据汇聚在驱动器内；
39.根据采集的数据分析主轴所处的环境和状态，并根据主轴所处的环境和状态向驱动器发出指令，驱动器根据指令调整主轴的转速。
40.还包括根据采集的温度数据与历史数据对比，或者温度变化量超出设置的阈值范围后，向设备的制冷机发出指令，调整制冷的速度；
41.根据采集的进气湿度，来监控外部的进气质量，并进行预警；
42.根据主轴的转速的变化，力矩和电流的变化，向主轴电机所在设备的控制器发出指令，调整设备的进给量、刀片的选择；
43.当电机出现故障后，根据故障前主轴所处的环境和状态数据，分析故障的原因，其中分析故障的原因包括：所述计算机将调取正常状态下的历史数据，并将故障前传感器采集的数据进行对比，对比非正常数据，根据非正常数据类型分析故障的类型。该方法可以集成在软件内，在计算机内运行，或者集成在驱动器内运行。
44.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。