CN110174259A - 电主轴、电主轴监测方法、计算机装置以及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电主轴、电主轴监测方法、计算机装置以及计算机可读存储介质，该电主轴包括的轴套的前端安装有前端盖，主轴的外周壁上套装有压盖；前端盖安装有位移传感器，固定部背向主轴的侧壁上设置有零点凹槽，位移传感器与零点凹槽相对设置。该方法包括：获取位移传感器的采集数据；根据采集数据获得主轴的轴心轨迹误差；判断轴心轨迹误差是否超过预设阈值，若是，发送警报信号。计算机装置包括控制器，控制器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述的电主轴监测方法。计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被控制器执行时实现上述的电主轴监测方法。应用本发明可对电主轴轴心轨迹进行实时监测，提高主轴的加工精度。

Description

电主轴、电主轴监测方法、计算机装置以及计算机可读存储 介质

技术领域

本发明涉及机床电主轴监测技术领域，具体的，涉及一种电主轴，还涉及该电主轴监测方法，还涉及应用该电主轴监测方法的计算机装置，还涉及应用该电主轴监测方法的计算机可读存储介质。

背景技术

机床主轴的轨迹误差是衡量主轴动态性能的关键指标，直接影响机床的加工运动和加工工件的表面质量。对主轴进行轴心轨迹测试可有效的降低加工工件的形状误差和表面粗糙度，同时可以判断机床运行状态、对主轴的失效进行预测。由于目前主轴的测量方法中，轴心轨迹误差和圆度误差是叠加在一起的，若要得到准确的轴心轨迹误差则需要分离出圆度误差。

此外，专利号为CN104400560B的中国发明专利公开了一种本发明公开了一种机床主轴热误差、圆度误差与回转误差的分离与处理方法：在主轴径向上，四个温度传感器、四个电涡流传感器沿圆周均匀分布，对应主轴转速，设定传感器采样时间，实现机床主轴温度及径向位移信号的采集。但该方法都是依靠四个精确安装的传感器来保证的，实施起来工艺复杂，成本高，可行性差。因此，需要考虑更优的监测结构对电主轴进行检测。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种可对电主轴轴心轨迹进行实时监测，提高主轴的加工精度的电主轴。

本发明的第二目的是提供一种可对电主轴轴心轨迹进行实时监测，提高主轴的加工精度的电主轴监测方法。

本发明的第三目的是提供一种实现上述电主轴监测方法的计算机装置。

本发明的第四目的是提供一种可对电主轴轴心轨迹进行实时监测，提高主轴的加工精度的计算机可读存储介质。

为了实现上述目的，本发明提供的电主轴包括主控电路、主轴和轴套，主轴套装在轴套内，主控电路控制主轴相对轴套转动，轴套的前端安装有前端盖，主轴的外周壁上套装有压盖，压盖的固定部与主轴的外周壁固定连接，主轴带动压盖沿主轴的轴线转动，压盖与前端盖相对转动配合；前端盖安装有位移传感器，位移传感器与主控电路电连接，固定部背向主轴的侧壁上设置有零点凹槽，位移传感器与零点凹槽相对设置。

由上述方案可见，本发明的电主轴通过设置位移传感器和零点凹槽，以零点凹槽作为位移传感器的检测起点，便于对主轴在转动时进行位移检测，从而可检测出主轴的轴心轨迹并判断主轴是否正常。同时，由于主轴前端的位置与加工刀具的位置较为靠近，该位置的检测到的轴心变化轨迹与加工刀具的轴心变化轨迹相近，因此，将位移传感器设置在靠近主轴前端的位置，可更加准确的检测出主轴在工作时的轴心变化轨迹，便于对加工刀具进行进准控制。此外，位移传感器设置在前端盖上且零点凹槽设置在压盖上，可便于根据需求更换位移传感器和零点凹槽的数量。

进一步的方案中，位移传感器的数量为二个以上，零点凹槽的数量与位移传感器的数量相同。

由此可见，设置多个位移传感器对主轴进行检测，可提高检测的精度。

进一步的方案中，所有零点凹槽沿主轴径向的截面形状各不相同。

由此可见，为了便于对每个位移传感器所获取到数据进行统计，每个位移传感器设置有对应的零点凹槽，且所有零点凹槽沿主轴径向的截面形状各不相同，位移传感器读取数据的突变信号会有不同，因此，位移传感器可根据信号的不同确定对应的检测起点。

进一步的方案中，所有零点凹槽沿主轴的周向均匀分布在固定部上。

由此可见，将所有零点凹槽沿主轴的轴向均匀分布在固定部上，在主轴转动检测的过程中，所有位移传感器可检测相同的检测点，便于对数据进行统计，提高检测的精度。

为了实现上述第二目的，本发明提供的电主轴监测方法包括：获取位移传感器的采集数据；根据采集数据获得主轴的轴心轨迹误差；判断轴心轨迹误差是否超过预设阈值，若是，发送警报信号。

由上述方案可见，本发明电主轴监测方法通过对位移传感器所获取的采集数据进行分析，获得主轴的轴心轨迹误差，并通过轴心轨迹误差判断主轴是否处于允许范围，在超过允许范围时，说明主轴经过长期运行较大的磨损或者形变，需进行报警处理，使用户进行相应的处理，从而保障主轴的加工精度。

进一步的方案中，根据采集数据获得主轴的轴心轨迹误差的步骤包括：根据采集数据获得主轴在空负载状态下的初始主轴圆度误差并获得主轴在负载状态下的实时主轴圆度误差；根据初始主轴圆度误差和实时主轴圆度误差获得轴心轨迹误差。

由此可见，利用在负载状态下得到的主轴轨迹数据与空负载状态下得到的主轴轨迹数据进行分析，实现分离圆度误差对实际轴心轨迹的影响，提高检测的准确度。

进一步的方案中，根据采集数据获得主轴在空负载状态下的初始主轴圆度误差的步骤包括：根据主轴在空负载状态下旋转一周的所获取的采集数据进行拟合，获得初始主轴圆度误差。

进一步的方案中，根据采集数据获得主轴在负载状态下的实时主轴圆度误差的步骤包括：根据主轴在负载状态下旋转一周的所获取的采集数据进行拟合，获得实时主轴圆度误差。

由此可见，由于位移传感器在进行数据采集时，所获得的采集数据数量有限，为了能获取完整的主轴圆度误差数据，需要对有限数量的采集数据进行拟合，从而获得主轴在空负载状态下以及主轴在负载状态下的主轴圆度误差，从而提高检测速率。

进一步的方案中，根据采集数据获得主轴在空负载状态下的初始主轴圆度误差的步骤后，方法还包括：判断初始主轴圆度误差是否超过预设主轴圆度误差，若是，发送警报信号。

由此可见，在获得初始主轴圆度误差后，判断初始主轴圆度误差是否处于允许范围，若超过允许范围，则说明主轴经过长期运行较大的磨损或者形变，需进行报警处理，以便用户进行调整或更换主轴。

进一步的方案中，位移传感器的数量为二个以上；获取位移传感器的采集数据的步骤包括：对所有位移传感器在主轴同一采集点所获取的采集数据进行平均处理。

由此可见，在使用多个位移传感器对主轴进行检测时，对所有位移传感器在主轴同一采集点所获取的采集数据进行平均处理，可提高检测的精度。

为了实现本发明的第三目的，本发明提供计算机装置包括处理器以及存储器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的电主轴监测方法的步骤。

为了实现本发明的第四目的，本发明提供的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被控制器执行时实现上述的电主轴监测方法的步骤。

附图说明

图1是本发明电主轴第一实施例的结构图。

图2是本发明电主轴第一实施例的结构剖视图。

图3是本发明电主轴第一实施例中压盖的结构图。

图4是图2中A处的放大图。

图5是本发明电主轴第二实施例中位移传感器和零点凹槽的安装示意图。

图6是本发明电主轴监测方法实施例的流程图。

图7是本发明电主轴监测方法实施例中根据采集数据获得主轴的轴心轨迹误差步骤的流程图。

图8是本发明电主轴监测方法实施例中初始主轴圆度误差的波形示意图。

图9是本发明电主轴监测方法实施例中轴心轨迹误差的波形示意图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

电主轴第一实施例：

参见图1和图2，本实施例的电主轴包括主控电路(未示出)、主轴1和轴套2，主轴1套装在轴套2内，主控电路控制主轴1相对轴套2转动，轴套2的前端安装有前端盖3，主轴1的外周壁上套装有压盖4。参见图3和图4，压盖4的固定部41与主轴1的外周壁固定连接，主轴1带动压盖4沿主轴1的轴线转动，压盖4与前端盖3相对转动配合。前端盖3安装有位移传感器5，位移传感器5与主控电路电连接，固定部41背向主轴1的侧壁上设置有零点凹槽6，位移传感器5与零点凹槽6相对设置。其中，位移传感器5可采用非接触式的电感传感器、电涡流传感器、电容传感器或者激光传感器。电主轴还包括安装在轴套2内的定子7和安装在主轴1的外周壁上的转子8，定子7与主控电路电连接，定子7与转子8相对转动设置。主控电路驱动主轴1转动沿主轴1的轴线转动，零点凹槽6跟随主轴1沿着主轴1的轴线转动，位移传感器5获取主轴1转动时的位移数据并发送至主控电路，主控电路对位移数据进行处理。

电主轴第二实施例：

本实施例中的电主轴与电主轴第一实施例中的区别仅在于位移传感器的数量以及零点凹槽的数量。本实施例中，位移传感器的数量为二个以上，位移传感器的数量可根据需要进行设置，零点凹槽的数量与位移传感器的数量相同，所有零点凹槽沿主轴径向的截面形状各不相同，所有零点凹槽沿主轴的周向均匀分布在固定部上，所有位移传感器分别与对应的零点凹槽相应设置。参见图5，本实施例中，电主轴设置有位移传感器51、位移传感器52和位移传感器53，位移传感器51、位移传感器52和位移传感器53均与主控电路电连接。压盖40的固定部上设置有零点凹槽61、零点凹槽62和零点凹槽63，位移传感器51与零点凹槽61对应设置，位移传感器52与零点凹槽62对应设置，位移传感器53与零点凹槽63对应设置，零点凹槽61、零点凹槽62和零点凹槽63沿固定部的周向均匀设置在压盖40的固定部上，零点凹槽61、零点凹槽62和零点凹槽63沿主轴径向的截面形状各不相同，零点凹槽61的截面呈矩形缺口状，零点凹槽62的截面呈三角缺口状，零点凹槽63呈梯形缺口状。

电主轴监测方法实施例：

本发明的电主轴监测方法是应用在电主轴的主控电路中的应用程序，用于实现对电主轴的轴心轨迹的监测。

参见图6，电主轴监测方法在进行电主轴的轴心轨迹的监测时，首先执行步骤S1，获取位移传感器的采集数据。主轴在旋转过程中，压盖与位移传感器的位置会产生微量变化，导致位移传感器接收到的电信号的数值会随着压盖与位移传感器距离的远近而产生变化，从而可获得各个采集点的采集数据。主轴每旋转一周时位移传感器获得采集数据的个数可根据位移传感器的采样频率以及主轴旋转的转速决定，例如，主轴的转速为n1转/分钟，传感器采样频率为f2，则主轴转动一圈时位移传感器采样的个数为60×f2/n1。

在获取位移传感器的采集数据时，若位移传感器的数量为一个时，则直接获取该位移传感器的采集数据。若位移传感器的数量为二个以上时，则需要对所有位移传感器的采集数据进行处理。优选的实施例中，位移传感器的数量为二个以上时，获取位移传感器的采集数据的步骤包括：对所有位移传感器在主轴同一采集点所获取的采集数据进行平均处理，获得采集点的采集数据。由于每个位移传感器设置有对应的零点凹槽，每个位移传感器读取数据的突变信号会有不同，因此，位移传感器可根据信号的不同确定对应的检测起点。因此，使用二个以上位移传感器进行检测时，可同时获得多个周期的采集数据，即，每个采集点可获得多个采集数据，对每个采集点的采集数据进行平均处理，从而获得每个采集点对应的采集数据。例如，对n个位移传感器在某一采集点获取到的采集数据D1、D2、…、Dn进行平均处理，获得该采集点的采集数据为：(D1+D2+…+Dn)/n。

获得采集数据后，执行步骤S2，根据采集数据获得主轴的轴心轨迹误差。为了更加精确的监测主轴转动的轨迹，需要通过采集数据分析出主轴的轴心轨迹误差。

参见图7，在获得主轴的轴心轨迹误差时，首先执行步骤S21，根据采集数据获得主轴在空负载状态下的初始主轴圆度误差并获得主轴在负载状态下的实时主轴圆度误差。由于采集数据包括位移传感器在主轴空负载转动状态下所获取的采集数据以及在主轴负载转动状态下所获取的采集数据，因此，可通过对采集数据进行相应的处理，获得主轴在空负载状态下的初始主轴圆度误差并获得主轴在负载状态下的实时主轴圆度误差。

本实施例中，根据采集数据获得主轴在空负载状态下的初始主轴圆度误差的步骤包括：根据主轴在空负载状态下旋转一周的所获取的采集数据进行拟合，获得初始主轴圆度误差。由于位移传感器在进行数据采集时，所获得的采集数据数量有限，为了能获取完整的主轴圆度误差数据，需要对有限数量的采集数据进行拟合。本实施例中，使用最小二乘法对采集数据进行主轴圆度误差的拟合，使用最小二乘法拟合主轴圆度误差的方法为本领域技术人员的公知技术，在此不再赘述。通过对空负载状态下的采集数据的拟合后获得初始主轴圆度误差，初始主轴圆度误差的波形见图8中的Y1。

根据采集数据获得主轴在负载状态下的实时主轴圆度误差的步骤包括：根据主轴在负载状态下旋转一周的所获取的采集数据进行拟合，获得实时主轴圆度误差。在获得实时主轴圆度误差时，采用获得初始主轴圆度误差的方法进行获取，实时主轴圆度误差的波形见图9中的Y2。

获得初始主轴圆度误差和实时主轴圆度误差后，执行步骤S22，根据初始主轴圆度误差和实时主轴圆度误差获得轴心轨迹误差。将实时主轴圆度误差与初始主轴圆度误差相减，则可获得主轴实时的轴心轨迹误差。轴心轨迹误差的波形见图9中的Y3。

获得轴心轨迹误差后，执行步骤S3，判断轴心轨迹误差是否超过预设阈值。为了更好的对主轴进行检测，在获得轴心轨迹误差后，需判断轴心轨迹误差是否处于允许范围。预设阈值可根据实验数据进行确定。在判断轴心轨迹误差超过预设阈值时，则执行步骤S4，发送警报信号。超过预设阈值时，说明主轴经过长期运行较大的磨损或者形变，通过警报信号，让用户获知主轴处于非正常工作状态，需进行相应的处理，保障主轴的加工精度。当轴心轨迹误差没有超过预设阈值时，则返回步骤S1，继续监测。

此外，在根据采集数据获得主轴在空负载状态下的初始主轴圆度误差的步骤后，电主轴监测方法还包括：判断初始主轴圆度误差是否超过预设主轴圆度误差，若是，发送警报信号。在获得初始主轴圆度误差后，也可以从初始主轴圆度误差中分析主轴是否工作正常。通过判断初始主轴圆度误差是否超过预设主轴圆度误差，若超过预设主轴圆度误差，则说明主轴经过长期运行较大的磨损或者形变，需进行调整或更换主轴处理，保障主轴的加工精度。

计算机装置实施例：

本实施例的计算机装置包括控制器，控制器执行计算机程序时实现上述电主轴监测方法实施例中的步骤。

例如，计算机程序可以被分割成一个或多个模块，一个或者多个模块被存储在存储器中，并由控制器执行，以完成本发明。一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在计算机装置中的执行过程。

计算机装置可包括，但不仅限于，控制器、存储器。本领域技术人员可以理解，计算机装置可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如计算机装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

例如，控制器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用控制器、数字信号控制器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用控制器可以是微控制器或者该控制器也可以是任何常规的控制器等。控制器是计算机装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机装置的各个部分。

存储器可用于存储计算机程序和/或模块，控制器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现计算机装置的各种功能。例如，存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序(例如声音接收功能、声音转换成文字功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(例如音频数据、文本数据等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(FlashCard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

计算机可读存储介质实施例：

上述实施例的电主轴集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，实现上述电主轴监测方法实施例中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被控制器执行时，可实现上述电主轴监测方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。存储介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read－Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

由上述可知，本发明的电主轴通过设置位移传感器和零点凹槽，以零点凹槽作为位移传感器的检测起点，便于对主轴在转动时进行位移检测，从而可检测出主轴的轴心轨迹并判断主轴是否正常。同时，由于主轴前端的位置与加工刀具的位置较为靠近，该位置的检测到的轴心变化轨迹与加工刀具的轴心变化轨迹相近，因此，将位移传感器设置在靠近主轴前端的位置，可更加准确的检测出主轴在工作时的轴心变化轨迹，便于对加工刀具进行进准控制。此外，位移传感器设置在前端盖上且零点凹槽设置在压盖上，可便于根据需求更换位移传感器和零点凹槽的数量。本发明电主轴监测方法通过对位移传感器所获取的采集数据进行分析，获得主轴的轴心轨迹误差，并通过轴心轨迹误差判断主轴是否处于允许范围，在超过允许范围时，说明主轴经过长期运行较大的磨损或者形变，需进行报警处理，使用户进行相应的处理，从而保障主轴的加工精度。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电主轴，包括主控电路、主轴和轴套，所述主轴套装在所述轴套内，所述主控电路控制所述主轴相对所述轴套转动，其特征在于：

所述轴套的前端安装有前端盖，所述主轴的外周壁上套装有压盖，所述压盖的固定部与所述主轴的外周壁固定连接，所述主轴带动所述压盖沿所述主轴的轴线转动，所述压盖与所述前端盖相对转动配合；

所述前端盖安装有位移传感器，所述位移传感器与所述主控电路电连接，所述固定部背向所述主轴的侧壁上设置有零点凹槽，所述位移传感器与所述零点凹槽相对设置。

2.根据权利要求1所述的电主轴，其特征在于：

所述位移传感器的数量为二个以上，所述零点凹槽的数量与所述位移传感器的数量相同。

3.根据权利要求2所述的电主轴，其特征在于：

所有所述零点凹槽沿所述主轴径向的截面形状各不相同。

4.根据权利要求2所述的电主轴，其特征在于：

所有所述零点凹槽沿所述固定部的周向均匀分布在所述固定部上。

5.一种电主轴监测方法，应用于上述权利要求1的电主轴，其特征在于：

所述方法包括：

获取所述位移传感器的采集数据；

根据所述采集数据获得所述主轴的轴心轨迹误差；

判断所述轴心轨迹误差是否超过预设阈值，若是，发送警报信号。

6.根据权利要求5所述的电主轴监测方法，其特征在于：

所述根据所述采集数据获得所述主轴的轴心轨迹误差的步骤包括：

根据所述采集数据获得所述主轴在空负载状态下的初始主轴圆度误差并获得所述主轴在负载状态下的实时主轴圆度误差；

根据所述初始主轴圆度误差和实时主轴圆度误差获得所述轴心轨迹误差。

7.根据权利要求6所述的电主轴监测方法，其特征在于：

所述根据所述采集数据获得所述主轴在空负载状态下的初始主轴圆度误差的步骤包括：

根据所述主轴在空负载状态下旋转一周的所获取的采集数据进行拟合，获得所述初始主轴圆度误差。

8.根据权利要求6所述的电主轴监测方法，其特征在于：

所述根据所述采集数据获得所述主轴在负载状态下的实时主轴圆度误差的步骤包括：

根据所述主轴在负载状态下旋转一周的所获取的采集数据进行拟合，获得所述实时主轴圆度误差。

9.根据权利要求6至8任一项所述的电主轴监测方法，其特征在于：

所述根据所述采集数据获得所述主轴在空负载状态下的初始主轴圆度误差的步骤后，所述方法还包括：

判断所述初始主轴圆度误差是否超过预设主轴圆度误差，若是，发送警报信号。

10.根据权利要求6至8任一项所述的电主轴监测方法，其特征在于：所述位移传感器的数量为二个以上；

所述获取所述位移传感器的采集数据的步骤包括：

对所有所述位移传感器在所述主轴同一采集点所获取的采集数据进行平均处理。

11.一种计算机装置，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求5至10中任意一项所述的电主轴监测方法的步骤。

12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被控制器执行时实现如权利要求5至10中任意一项所述的电主轴监测方法的步骤。