精密機(jī)床主軸軸承的預(yù)緊力控制郭明，陳宗農(nóng)，王慶九浙江大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)研宄所，浙江杭州310027況。確1；該機(jī)床的最隹預(yù)緊力，對(duì)其控制，琿和控制芥法的1門分櫨。古。，1.1崎苔春乇主鈿系統(tǒng)為例驗(yàn)證了預(yù)緊力實(shí)時(shí)控制的可行性。

1前言精密機(jī)床主軸通常以滾動(dòng)軸承支承，為保證主軸系統(tǒng)具有優(yōu)越的回轉(zhuǎn)精度剛度熱特性等靜動(dòng)態(tài)特性。必須采預(yù)緊技術(shù)。傳統(tǒng)的預(yù)緊，包括記壓預(yù)緊和定位預(yù)緊，使系統(tǒng)保持，定的預(yù)緊力或預(yù)緊位移，這對(duì)于不同的工況不能實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力優(yōu)化。主軸軸承預(yù)緊力的在線控制能夠使預(yù)緊狀態(tài)的優(yōu)化得以實(shí)現(xiàn)。

關(guān)于預(yù)緊力的控制，國(guó)內(nèi)外學(xué)者己進(jìn)行了大量的理論探討和實(shí)驗(yàn)研究。按控制原理劃分大致有兩類類是非實(shí)時(shí)控制，它是通過(guò)改變軸承的結(jié)構(gòu)，采用預(yù)緊力補(bǔ)償原理來(lái)實(shí)現(xiàn)，如德國(guó)，公司的預(yù)緊力基金資助式科技攻項(xiàng)，857只03151作者簡(jiǎn)介郭明1968，男，江蘇南通人，講師，博士生，從事精密機(jī)床主軸系統(tǒng)紡織機(jī)械及自動(dòng)化等研宄；陳宗農(nóng)1948，男，浙江紹興人，教授，從事精密機(jī)床主軸系統(tǒng)紡織機(jī)械及自動(dòng)化等研宄；王慶九1969，女，江蘇江陰人制器借助油腔壓力貨化來(lái)調(diào)，傾緊力大小2，但它僅為可調(diào)，無(wú)預(yù)緊力測(cè)量，因而是非實(shí)時(shí)在線。另類如日本慶應(yīng)義塾大學(xué)研制的預(yù)緊力控制系統(tǒng)，利用軸承座上的變形元件測(cè)量軸承工作狀態(tài)下的預(yù)緊力，通過(guò)壓屯元件控制預(yù)緊力3；哈爾濱工業(yè)大學(xué)開發(fā)研制制預(yù)緊力的4，由于壓電晶體的特性所決定，其每萬(wàn)伏變形量為1.，為壓電晶體的總長(zhǎng)，因而需要很高的電壓。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)軸承的預(yù)緊力也進(jìn)行了大量的理論分析，但是由于機(jī)床主軸軸承最佳預(yù)緊力與軸承的轉(zhuǎn)速溫升負(fù)荷主軸變形軸承壽命潤(rùn)滑條件等多種因素有關(guān)，因此要確定軸承的最佳預(yù)緊力，就得在，論分祈的基礎(chǔ)進(jìn)廳大量的次娘。

為此，本文以，1000型精密磨床主軸系統(tǒng)為對(duì)象，研究了種以測(cè)力軸承15為測(cè)力傳感器，預(yù)緊力控制浩為執(zhí)行元件的控制法。利用該方法，能實(shí)現(xiàn)機(jī)床軸軸承的預(yù)緊力實(shí)叫指制。

工程師，從事紡織機(jī)械及自動(dòng)化等研宄。

2關(guān)于最佳預(yù)緊力能自動(dòng)調(diào)整最佳預(yù)緊力的大小，實(shí)現(xiàn)了預(yù)緊力的自動(dòng)跟蹤校正從理論分析可知，對(duì)于特定的機(jī)床，最佳預(yù)緊力是轉(zhuǎn)速與外載荷的函數(shù)，機(jī)床主軸在加工過(guò)程中，轉(zhuǎn)速般為常數(shù)，因此最佳預(yù)緊力主要由軸承的負(fù)荷決定。當(dāng)外我荷較大時(shí)，系統(tǒng)誤差主要彈性變形引起，因此最佳預(yù)緊力較大，以提高系統(tǒng)的剛性；當(dāng)負(fù)荷較小時(shí)，誤差主要由熱變形引起，這時(shí)需要最佳預(yù)緊力較小。用理論方法計(jì)算最佳預(yù)緊力的位，不僅計(jì)算，雜，且計(jì)算出的值與實(shí)際值相差較大，因此最佳預(yù)緊力的確定，需要進(jìn)行系列的試驗(yàn)，以得到不同工況齡速溫升等下最佳預(yù)緊力與外載荷的關(guān)系。本文根據(jù)，1000型精密磨床主軸系統(tǒng)，進(jìn)行了系列速溫升載荷等得到最佳預(yù)緊力的值。

3控制原理當(dāng)主軸系統(tǒng)由于溫升轉(zhuǎn)速等原因引起預(yù)緊力變化時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)調(diào)整到最佳值上。主軸系統(tǒng)中裝有測(cè)力軸承時(shí)，由拾取的應(yīng)變信號(hào)可以確定軸承的實(shí)際預(yù)緊力。以工況參數(shù)確定的最佳預(yù)緊力為目標(biāo)。利用數(shù)字控制器和相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力的自適應(yīng)控制。

理。由預(yù)緊力控制器微機(jī)和步進(jìn)電機(jī)等組成預(yù)緊力在線伺服控制系統(tǒng)。由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供的轉(zhuǎn)速溫度等描述小軸系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)的工作參數(shù)，以確定系統(tǒng)預(yù)緊力大小身左位作為拉制信輸入拉制路逃行10控制，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)的輸出角度4制電機(jī)帶動(dòng)柱塞泵活塞移動(dòng)距離。

設(shè)預(yù)緊力控制環(huán)端面彈性金屬面積為於，活塞面積為，則金屬膜的位移為主軸軸承即測(cè)力軸承的外圈軸向移動(dòng)么乙使實(shí)際預(yù)緊娜，佳預(yù)緊，艇！微，4控制算法的設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)技術(shù)圮，成熟的，而且應(yīng)月最廣泛。考慮到木系統(tǒng)在肘0551單片微機(jī)1實(shí)現(xiàn)，采用如下算法模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，仍控制兌法的衣達(dá)式為器的比例系數(shù)；乃為調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間，2為調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間。

為便于微機(jī)實(shí)現(xiàn)，將式3離散化，并用差分方程來(lái)代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，可得到離散的，10達(dá)式為為米樣序號(hào)，=0，2步可得分常數(shù)。

機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)，只需要個(gè)增量信號(hào)，因此式5控制系統(tǒng)中，為避免動(dòng)作過(guò)丁1頻繁，消除頻繁動(dòng)作所引起的振蕩，采用帶有死區(qū)，的，控制系統(tǒng)，其控制算式為死區(qū)5圮可調(diào)參數(shù)，其位根據(jù)控制對(duì)象由丈驗(yàn)想衷值各小。，1周節(jié)動(dòng)作過(guò)于，繁，不容易達(dá)到穩(wěn)定被調(diào)對(duì)象的目的。5取值太大，系統(tǒng)將產(chǎn)生很大的滯后。當(dāng)偏差絕對(duì)值1泛15時(shí)，控制輸出為0當(dāng)咖15時(shí)，以，的運(yùn)算結(jié)果輸出。

參數(shù)整定在數(shù)字控制系統(tǒng)中直接影響調(diào)節(jié)的品質(zhì)。本文采用的擴(kuò)充臨界比例度法簡(jiǎn)易實(shí)用。整定參數(shù)，心的步驟如下求出臨界比例度和臨界比例周期刊，即將，輸入系統(tǒng)，并進(jìn)行比例控制，逐漸縮小比例度，直到系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩得臨界比例度外和臨界比例周期7.

選擇控制度，由控制度查求出7幻乃，幾的值。

7VjJi純比例作用下的臨界振蕩周期70.125乃則PkAr2這樣，簡(jiǎn)化到只1要整定個(gè)參數(shù)人。改變?nèi)?。觀察控制效果，直到滿競(jìng)為止。

5系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度和參數(shù)整定為驗(yàn)1卞軸系統(tǒng)預(yù)緊力控制的性能和精度，用研制的預(yù)緊力擰制系統(tǒng)對(duì)10型精密磨未進(jìn)行分析和測(cè)1戌。

控制系統(tǒng)中。步進(jìn)電機(jī)的步距角為。3，傳動(dòng)螺距戶1齒輪副的傳動(dòng)比=25，計(jì)算求得電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)每步的軸向移動(dòng)距離04.由定位預(yù)緊計(jì)算公式5為內(nèi)外套筒的長(zhǎng)度差丁為軸承的接觸角，夂為鋼球與內(nèi)外滾道之間總的載荷變形常數(shù)，Nmm 5.可得軸承預(yù)緊力的調(diào)節(jié)值為1.7.可，預(yù)緊力的調(diào)節(jié)精度是很的。

由于控制器的壓力是通過(guò)齒輪和螺旋副傳動(dòng)推動(dòng)活塞加壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于制造誤差等原因，步進(jìn)電1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為克服間隙可能發(fā)生幾步空轉(zhuǎn)。由于采用了增量，1擰制。這種誤差對(duì)系統(tǒng)的精度基本沒(méi)有什么影響。

參數(shù)整定和響應(yīng)時(shí)間為保證系統(tǒng)能按要求穩(wěn)定可靠地工作，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的整定進(jìn)行了必要的試驗(yàn)。試驗(yàn)步驟如下，取采樣周期為18，啟動(dòng)試驗(yàn)裝置，預(yù)工作2山工況確定最佧預(yù)緊力，以4幻為，1改變比例系數(shù)欠1得到預(yù)緊力隨時(shí)間的變化函數(shù)廠。

3，當(dāng)值為19時(shí)，響應(yīng)時(shí)間為8，達(dá)到所需的壓力值時(shí)，且有很小的超調(diào)量。

由于機(jī)床工作過(guò)程中載荷變化和各種因素的影響，主軸軸承的預(yù)緊力會(huì)在實(shí)際預(yù)緊值附近有定幅度的波動(dòng)和變化。

6結(jié)論在吸收已有預(yù)緊力控制器優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，研制了種新型預(yù)緊力控制器，它具有調(diào)節(jié)范圍寬控制響應(yīng)靈敏和精度高的特點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)取成本低通用性強(qiáng)。經(jīng)工業(yè)應(yīng)用證明是成功的。文中介紹的，控制算法具有穩(wěn)定性好響應(yīng)時(shí)間恰當(dāng)和通用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，既可用于單片微機(jī)構(gòu)成單獨(dú)的系統(tǒng)，也可與各類精密機(jī)床或加工中心的微機(jī)連成整體，使最佳預(yù)緊力得以實(shí)現(xiàn)。

龔建君。主軸軸承預(yù)緊力的在線控制及其對(duì)主軸系統(tǒng)特性的影響1爾演哈爾濱工業(yè)1學(xué)機(jī)械系。少1.

樂(lè)可錫，全永昕，周桂如，等。測(cè)力軸承的設(shè)計(jì)方法的研制陳宗農(nóng)，郭9.精密機(jī)床主軸軸承新型預(yù)緊力控制器