CN102270002A - 能够控制电主轴润滑液粘度的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够控制电主轴润滑液粘度的系统及其方法，该系统包括电主轴、监测模块、控制模块、基液箱、增粘剂箱、配液模块、供液模块和回液模块。监测模块监测电主轴运转情况，将监测信号传送至控制模块；控制模块对监测信号进行运算，得到当前工况下所需润滑液粘度值，并转变为粘度控制信号传送至配液模块；配液模块根据粘度控制信号将基液箱中的基液和增粘剂箱中的增粘剂配置成所需粘度的润滑液；供液模块将润滑液加压、过滤后输入电主轴；回液模块回收润滑液。本发明能够根据工况实时控制润滑液的粘度，扩大了电主轴的适用工况范围，从低速至高速、从轻载至重载均可适用，使电主轴能受到合适粘度润滑液的承载和润滑，提高了运转稳定性。

Description

能够控制电主轴润滑液粘度的系统及其方法

技术领域

本发明涉及机电传动设备控制技术领域，具体的说，是涉及一种能够对润滑液粘度进行实时控制的电主轴系统以及方法。

背景技术

数控机床正朝着超高速超精密方向发展，机床主轴是数控机床中最为关键的部件。机床电主轴将主轴和电机在结构上融为一体，具有振动噪声小、调速范围宽、可快速起动和准停等优点。在当前各种主轴支承方式中，液体动静压支承方式因其优良的高承载能力、高刚度、高速性、高减振性、高回转精度和长寿命等优点，被广泛应用于高速精密机床领域。因此，结合了电主轴与液体动静压支承的主轴——液体动静压电主轴是未来高速精密机床主轴的发展方向。

目前，普通液体动静压电主轴的主要问题是：润滑油温升引起主轴精度误差过大、摩擦副磨损造成主轴寿命低等。公开号为CN2765372Y的中国专利“动静压轴承电主轴”提到了一种动静压轴承电主轴，此主轴由两轴承之间的电机直接驱动，主轴和电机转子轴同为一体，主轴经前后轴承支承安装于机壳上，电机定子安装于机壳里，前后轴承均为环状轴瓦的滑动轴承。该主轴为油润滑，主轴高速运转时油温过高，一方面油的粘度降低影响主轴承载刚度，另一方面引起主轴高温变形。另外该主轴的滑动轴承轴颈和轴瓦材料均为金属，耐磨性、高温强度、耐腐蚀性等性能均不理想，因此主轴的寿命有限。

为了解决油润滑主轴的温升问题，水润滑电主轴应运而生。公开号为CN101564770A的中国专利“一种采用水润滑动静压轴承的高速电主轴装置”提到了一种水润滑电主轴，该主轴的润滑剂为水，由于水的比热容比油大很多，所以此主轴的温升低于油润滑主轴。但是，由于水的粘度低于油的粘度，导致水润滑主轴的承载能力较低，同时由于水对金属材料的主轴有腐蚀作用，从而导致主轴寿命降低。

针对水作为润滑剂时承载能力差和易腐蚀金属等问题，中国专利申请(申请号为201010523971)“一种粘度可控型水基润滑液及应用”提到了一种水基润滑液，该润滑液采用水做基础液，通过在其中加入增粘剂和防锈剂，提高水的承载能力并降低水的腐蚀性。但是虽能调节润滑液的粘度，也只是在使用前预估本次加工所需润滑液粘度，然后按此粘度配制好润滑液。在机床运转时润滑液的粘度是不能人为控制的，这就导致每次加工仅适合某种工况。

综上所述，动静压电主轴的润滑介质无论是润滑油、水还是水基润滑液，均只适合某种特定工况，不适用于各种工况。

发明内容

本发明要解决的是上述现有技术所存在的各种问题，提供一种能够控制电主轴润滑液粘度的系统及其方法，该系统及其方法能够根据工况实时调节润滑剂粘度，使主轴在不同载荷、不同转速下，均有合适的承载能力和较低的温升，从而自动适应多种工况。

为了解决上述技术问题，本发明的系统通过以下的技术方案予以实现：

一种能够控制电主轴润滑液粘度的系统，包括电主轴，还包括

监测模块，监测电主轴运转情况，得到监测信号，并将监测信号传送至控制模块；

控制模块，对所述监测信号进行运算，得到当前所述电主轴运转情况下所需润滑液粘度值，并将所述粘度值转变为粘度控制信号传送至配液模块；

基液箱，储存并向配液模块输送基液；

增粘剂箱，储存并向配液模块输送增粘剂；

所述配液模块，根据所述粘度控制信号将所述基液和所述增粘剂配置成所需粘度的润滑液；

供液模块，将所述润滑液加压、过滤后输入所述电主轴；

回液模块，回收所述电主轴的润滑液。

所述监测模块包括安装在电主轴上的载荷传感器、转速传感器、温度传感器、位移传感器。

所述控制模块由选自工控机、单片机或控制卡其中的一种。

所述基液箱由基液箱箱体、过滤器、液压泵和溢流阀构成。

所述增粘剂箱由增粘剂箱箱体、过滤器、液压泵和溢流阀构成。

所述配液模块包括内部设置有搅拌器的配液腔，所述配液腔安装有连接于基液箱的基液阀门和连接有增粘剂箱的增粘剂阀门。

本发明的方法通过以下的技术方案予以实现：

一种能够控制电主轴润滑液粘度的方法，包括如下步骤：

a.监测模块监测电主轴的运转情况，得到监测信号；

b.监测模块将步骤a得到的监测信号传送至控制模块；

c.控制模块对接受到的所述监测信号进行运算，得到当前所述电主轴运转情况下所需的润滑液粘度值；

d.控制模块把步骤c得到的粘度值转变为粘度控制信号，粘度控制信号包括基液箱与增粘剂箱的阀门开启量；

e.控制模块将步骤d得到的粘度控制信号传送至配液模块；

f.配液模块根据由步骤e接受到的粘度控制信号开启基液阀门和增粘剂阀门，把基液和增粘剂按比例配制成需要粘度的润滑液；

g.供液模块将步骤f配置好的润滑液加压、过滤；

h.供液模块将步骤g得到的润滑液输入所述电主轴；

i.润滑液对电主轴起到承载和润滑作用后排至回液模块；

j.回液模块回收并储存步骤i排出的润滑液。

步骤a和步骤c中的所述运转情况包括电主轴的载荷、转速、轴承间隙、油膜温度、轴心轨迹。

本发明的有益效果是：

(一)避免了油润滑油膜温升问题：传统油润滑主轴在高速下油膜温升，引起润滑油粘度下降，导致油膜承载能力降低，轴承稳定性恶化；而本发明可以在高速时自动控制润滑液粘度，采用少增粘剂的配比，配制出低粘度的水基润滑液，此润滑液高温下粘度稳定，可使油膜承载能力保持稳定。

(二)避免了水润滑承载能力低的问题：水润滑主轴的润滑介质是水，水的粘度低、承载能力低，主轴载荷较大时可能难以支承；而本发明可以在载荷大时自动控制润滑液粘度，采用多增粘剂的配比，配制出高粘度的水基润滑液，此润滑液的粘度高，承载能力强，能够承受较大载荷。

因此，本发明能够根据工况实时控制润滑液的粘度，扩大了电主轴的适用工况范围，从低速至高速、从轻载至重载均可适用；使电主轴不论在何种工况下，均能受到合适粘度润滑液的承载和润滑，提高了电主轴全工况下的运转稳定性。

附图说明

附图是本发明系统的结构示意图。

图中：1：电主轴；2：监测模块；3：控制模块，4：基液箱；5：增粘剂箱；6：配液模块；7：供液模块；8：回液模块。

具体实施方式

如附图所示，本发明披露了一种能够控制电主轴润滑液粘度的系统，包括电主轴1、监测模块2、控制模块3、基液箱4、增粘剂箱5、配液模块6、供液模块7和回液模块8。

监测模块2由各种传感器构成，包括主轴载荷传感器、转速传感器、温度传感器、位移传感器等，各传感器监测电主轴1的载荷、转速、油膜厚度、油膜温度、轴心轨迹等主轴运转指标，并得到监测信号，然后再将将监测信号传送至控制模块3。

其中载荷传感器用于监测主轴承受的载荷，可选用应变片、压力传感器等。转速传感器用于监测主轴转速，可选用光电式转速计、电容式转速传感器、变磁阻式转速传感器、测速发电机等。温度传感器用于监测主轴油膜温度，可以选用接触式温度传感器或者非接触式温度传感器；接触式温度传感器又可选择自双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等，非接触式温度传感器又可选择自光学高温计、见辐射高温计和见比色温度计等。位移传感器用于监测主轴的油膜厚度和轴心轨迹，可选用电感式位移传感器、电容式位移传感器、光电式位移传感器、超声波式位移传感器和霍尔式位移传感器等。

控制模块3由控制器和控制器内部运算程序构成，其中控制器具体可以选用工控机、单片机、控制卡等。

控制模块3先对监测模块2得到的上述监测信号进行运算，得到当前电主轴1运转情况下所需润滑液粘度值。本专利中提到的的所需润滑液粘度值含义为当前电主轴1运转情况下最适宜的润滑液粘度值，例如：高载荷、低转速下选用高粘度值，低载荷、高转速下选用低粘度值，中等载荷和转速下选用中粘度值，然后再根据油膜厚度和温度情况对粘度进行微调。之后控制模块3将上述润滑液粘度值运算为配液模块6中基液阀门和增粘剂阀门的开启量值，并将基液阀门和增粘剂阀门的开启量值信号传送至配液模块6。

基液箱4由基液箱箱体、过滤器、液压泵和溢流阀组成，其中液压泵可以选用齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。

基液箱4储存并向配液模块6输送基液，其各部件具体分工为，基液箱箱体中储存有基液，基液是水、防锈剂、消泡剂和增粘剂的混合液；由液压泵产生压力，使基液持续供给配液模块6；过滤器过滤基液，目的是使供给配液模块6的基液中没有杂质；溢流阀起稳压作用，使基液以稳定压力供给配液模块6。

增粘剂箱5由增粘剂箱箱体、过滤器、液压泵和溢流阀组成，其中液压泵可以选用齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等。

增粘剂箱5储存并向配液模块6输送增粘剂，其各部件具体分工为，增粘剂箱箱体中储存有增粘剂；液压泵产生压力，使增粘剂持续供给配液模块6；过滤器过滤增粘剂，目的是使供给配液模块6的基液中没有杂质；溢流阀起稳压作用，使增粘剂以稳定压力供给配液模块6。

配液模块6由基液阀门、增粘剂阀门、配液腔、搅拌器组成，配液模块6根据前述阀门开启量值控制基液阀门和增粘剂阀门的开启量值，使合适比例的基液和增粘剂进入配液腔，然后通过搅拌器对混合液进行搅拌，得到所需粘度的润滑液。

其中基液阀门采用电动阀门，其开启程度由上述控制模块3输出的基液阀门开启量值信号控制；增粘剂阀门也采用电动阀门，其开启程度由上述控制模块3输出的增粘剂阀门开启量值信号控制。由基液阀门输入的基液和由增粘剂阀门输入的增粘剂在配液腔中完成配液过程。搅拌器可以选用以下类型：开启涡轮式、推进式、长薄叶螺旋桨式、圆盘涡轮式、布鲁马金式、板框桨式、三叶后弯式、MIG式、螺杆式、锚式、框式、螺旋桨式等。

供液模块7主要由液压泵和溢流阀组成，其中液压泵可以选用齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等，溢流阀用以稳定供液压力。供液模块7的液压泵提供压力，使润滑液持续供给电主轴1；溢流阀起稳压作用，使润滑液以稳定压力供给电主轴。

回液模块8为主要由回液箱构成，用于回收并储存主轴排出的润滑液。

本发明的能够控制电主轴润滑液粘度的系统的工作方法如下：

监测模块2监测电主轴1的运转情况，包括载荷、转速、油膜温度、油膜厚度和轴心轨迹等运转指标，监测模块2中的各传感器把上述运转指标转换为电信号。

监测模块2把电主轴1运转情况的电信号传送至控制模块3。

控制模块3先把电主轴1运转情况的电信号进行模数转换，使之从模拟量转换为数字量；然后数字量进入控制模块软件程序，经运算得到当前电主轴1运转情况下最适宜的润滑液的粘度值，并将粘度值运算为配液模块6中基液阀门和增粘剂阀门的开启量值；然后对开启量值进行数模转换，使之从数字量转换为模拟量电信号。

控制模块3把基液阀门和增粘剂阀门的开启量值的模拟量电信号传送至配液模块6。

配液模块6中的基液阀门和增粘剂阀门按照开启量值的模拟量电信号开启；基液箱4中的基液和增粘剂箱5中的增粘剂按照所需比例进入配液腔，搅拌器把混合液搅拌均匀，从而得到所需粘度的润滑液。

供液模块7将配置好的润滑液通过加压、过滤后输入电主轴1，润滑液对电主轴1起到承载和润滑作用后排至回液模块8，回液模块8回收并储存电主轴1排出的润滑液。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种能够控制电主轴润滑液粘度的系统，包括电主轴，其特征在于，还包括

监测模块，监测电主轴运转情况，得到监测信号，并将监测信号传送至控制模块；

控制模块，对所述监测信号进行运算，得到当前所述电主轴运转情况下所需润滑液粘度值，并将所述粘度值转变为粘度控制信号传送至配液模块；

基液箱，储存并向配液模块输送基液；

增粘剂箱，储存并向配液模块输送增粘剂；

所述配液模块，根据所述粘度控制信号将所述基液和所述增粘剂配置成所需粘度的润滑液；

供液模块，将所述润滑液加压、过滤后输入所述电主轴；

回液模块，回收所述电主轴的润滑液。

2.根据权利要求1所述的一种能够控制电主轴润滑液粘度的系统，其特征在于，所述监测模块包括安装在电主轴上的载荷传感器、转速传感器、温度传感器、位移传感器。

3.根据权利要求1所述的一种能够控制电主轴润滑液粘度的系统，其特征在于，所述控制模块由选自工控机、单片机或控制卡其中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种能够控制电主轴润滑液粘度的系统，其特征在于，所述基液箱由基液箱箱体、过滤器、液压泵和溢流阀构成。

5.根据权利要求1所述的一种能够控制电主轴润滑液粘度的系统，其特征在于，所述增粘剂箱由增粘剂箱箱体、过滤器、液压泵和溢流阀构成。

6.根据权利要求1所述的一种能够控制电主轴润滑液粘度的系统，其特征在于，所述配液模块包括内部设置有搅拌器的配液腔，所述配液腔安装有连接于基液箱的基液阀门和连接有增粘剂箱的增粘剂阀门。

7.一种如权利要求1-6所述能够控制电主轴润滑液粘度的系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.监测模块监测电主轴的运转情况，得到监测信号；

b.监测模块将步骤a得到的监测信号传送至控制模块；

c.控制模块对接受到的所述监测信号进行运算，得到当前所述电主轴运转情况下所需的润滑液粘度值；

d.控制模块把步骤c得到的粘度值转变为粘度控制信号，粘度控制信号包括基液箱与增粘剂箱的阀门开启量；

e.控制模块将步骤d得到的粘度控制信号传送至配液模块；

f.配液模块根据由步骤e接受到的粘度控制信号开启基液阀门和增粘剂阀门，把基液和增粘剂按比例配制成需要粘度的润滑液；

g.供液模块将步骤f配置好的润滑液加压、过滤；

h.供液模块将步骤g得到的润滑液输入所述电主轴；

i.润滑液对电主轴起到承载和润滑作用后排至回液模块；

j.回液模块回收并储存步骤i排出的润滑液。

8.根据权利要求2所述的一种能够控制电主轴润滑液粘度的方法，其特征在于，步骤a和步骤c中的所述运转情况包括电主轴的载荷、转速、轴承间隙、油膜温度、轴心轨迹。

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