專利名稱：能夠控制電主軸潤滑液粘度的系統及其方法
技術領域：
本發明涉及機電傳動設備控制技術領域，具體的說，是涉及一種能夠對潤滑液粘度進行實時控制的電主軸系統以及方法。
背景技術：
數控機床正朝著超高速超精密方向發展，機床主軸是數控機床中最為關鍵的部件。機床電主軸將主軸和電機在結構上融為一體，具有振動噪聲小、調速范圍寬、可快速起動和準停等優點。在當前各種主軸支承方式中，液體動靜壓支承方式因其優良的高承載能力、高剛度、高速性、高減振性、高回轉精度和長壽命等優點，被廣泛應用于高速精密機床領域。因此，結合了電主軸與液體動靜壓支承的主軸——液體動靜壓電主軸是未來高速精密機床主軸的發展方向。目前，普通液體動靜壓電主軸的主要問題是潤滑油溫升引起主軸精度誤差過大、 摩擦副磨損造成主軸壽命低等。公開號為CN2765372Y的中國專利“動靜壓軸承電主軸”提到了一種動靜壓軸承電主軸，此主軸由兩軸承之間的電機直接驅動，主軸和電機轉子軸同為一體，主軸經前后軸承支承安裝于機殼上，電機定子安裝于機殼里，前后軸承均為環狀軸瓦的滑動軸承。該主軸為油潤滑，主軸高速運轉時油溫過高，一方面油的粘度降低影響主軸承載剛度，另一方面引起主軸高溫變形。另外該主軸的滑動軸承軸頸和軸瓦材料均為金屬， 耐磨性、高溫強度、耐腐蝕性等性能均不理想，因此主軸的壽命有限。為了解決油潤滑主軸的溫升問題，水潤滑電主軸應運而生。公開號為 CN101564770A的中國專利“一種采用水潤滑動靜壓軸承的高速電主軸裝置”提到了一種水潤滑電主軸，該主軸的潤滑劑為水，由于水的比熱容比油大很多，所以此主軸的溫升低于油潤滑主軸。但是，由于水的粘度低于油的粘度，導致水潤滑主軸的承載能力較低，同時由于水對金屬材料的主軸有腐蝕作用，從而導致主軸壽命降低。針對水作為潤滑劑時承載能力差和易腐蝕金屬等問題，中國專利申請(申請號為 201010523971) “一種粘度可控型水基潤滑液及應用”提到了一種水基潤滑液，該潤滑液采用水做基礎液，通過在其中加入增粘劑和防銹劑，提高水的承載能力并降低水的腐蝕性。但是雖能調節潤滑液的粘度，也只是在使用前預估本次加工所需潤滑液粘度，然后按此粘度配制好潤滑液。在機床運轉時潤滑液的粘度是不能人為控制的，這就導致每次加工僅適合某種工況。綜上所述，動靜壓電主軸的潤滑介質無論是潤滑油、水還是水基潤滑液，均只適合某種特定工況，不適用于各種工況。
發明內容
本發明要解決的是上述現有技術所存在的各種問題，提供一種能夠控制電主軸潤滑液粘度的系統及其方法，該系統及其方法能夠根據工況實時調節潤滑劑粘度，使主軸在不同載荷、不同轉速下，均有合適的承載能力和較低的溫升，從而自動適應多種工況。
為了解決上述技術問題，本發明的系統通過以下的技術方案予以實現一種能夠控制電主軸潤滑液粘度的系統，包括電主軸，還包括監測模塊，監測電主軸運轉情況，得到監測信號，并將監測信號傳送至控制模塊；控制模塊，對所述監測信號進行運算，得到當前所述電主軸運轉情況下所需潤滑液粘度值，并將所述粘度值轉變為粘度控制信號傳送至配液模塊；基液箱，儲存并向配液模塊輸送基液；增粘劑箱，儲存并向配液模塊輸送增粘劑；所述配液模塊，根據所述粘度控制信號將所述基液和所述增粘劑配置成所需粘度的潤滑液；供液模塊，將所述潤滑液加壓、過濾后輸入所述電主軸；回液模塊，回收所述電主軸的潤滑液。所述監測模塊包括安裝在電主軸上的載荷傳感器、轉速傳感器、溫度傳感器、位移傳感器。所述控制模塊由選自工控機、單片機或控制卡其中的一種。所述基液箱由基液箱箱體、過濾器、液壓泵和溢流閥構成。所述增粘劑箱由增粘劑箱箱體、過濾器、液壓泵和溢流閥構成。所述配液模塊包括內部設置有攪拌器的配液腔，所述配液腔安裝有連接于基液箱的基液閥門和連接有增粘劑箱的增粘劑閥門。本發明的方法通過以下的技術方案予以實現一種能夠控制電主軸潤滑液粘度的方法，包括如下步驟a.監測模塊監測電主軸的運轉情況，得到監測信號；b.監測模塊將步驟a得到的監測信號傳送至控制模塊；c.控制模塊對接受到的所述監測信號進行運算，得到當前所述電主軸運轉情況下所需的潤滑液粘度值；d.控制模塊把步驟c得到的粘度值轉變為粘度控制信號，粘度控制信號包括基液箱與增粘劑箱的閥門開啟量；e.控制模塊將步驟d得到的粘度控制信號傳送至配液模塊；f.配液模塊根據由步驟e接受到的粘度控制信號開啟基液閥門和增粘劑閥門，把基液和增粘劑按比例配制成需要粘度的潤滑液；g.供液模塊將步驟f配置好的潤滑液加壓、過濾；h.供液模塊將步驟g得到的潤滑液輸入所述電主軸；i.潤滑液對電主軸起到承載和潤滑作用后排至回液模塊；j.回液模塊回收并儲存步驟i排出的潤滑液。步驟a和步驟c中的所述運轉情況包括電主軸的載荷、轉速、軸承間隙、油膜溫度、 軸心軌跡。本發明的有益效果是(一 )避免了油潤滑油膜溫升問題傳統油潤滑主軸在高速下油膜溫升，引起潤滑油粘度下降，導致油膜承載能力降低，軸承穩定性惡化；而本發明可以在高速時自動控制潤滑液粘度，采用少增粘劑的配比，配制出低粘度的水基潤滑液，此潤滑液高溫下粘度穩定，可使油膜承載能力保持穩定。( 二)避免了水潤滑承載能力低的問題水潤滑主軸的潤滑介質是水，水的粘度低、承載能力低，主軸載荷較大時可能難以支承；而本發明可以在載荷大時自動控制潤滑液粘度，采用多增粘劑的配比，配制出高粘度的水基潤滑液，此潤滑液的粘度高，承載能力強， 能夠承受較大載荷。因此，本發明能夠根據工況實時控制潤滑液的粘度，擴大了電主軸的適用工況范圍，從低速至高速、從輕載至重載均可適用；使電主軸不論在何種工況下，均能受到合適粘度潤滑液的承載和潤滑，提高了電主軸全工況下的運轉穩定性。
附圖是本發明系統的結構示意圖。圖中1 電主軸；2 監測模塊；3 控制模塊，4 基液箱；5 增粘劑箱；6 配液模塊；7 供液模塊；8 回液模塊。
具體實施例方式如附圖所示，本發明披露了一種能夠控制電主軸潤滑液粘度的系統，包括電主軸 1、監測模塊2、控制模塊3、基液箱4、增粘劑箱5、配液模塊6、供液模塊7和回液模塊8。監測模塊2由各種傳感器構成，包括主軸載荷傳感器、轉速傳感器、溫度傳感器、 位移傳感器等，各傳感器監測電主軸1的載荷、轉速、油膜厚度、油膜溫度、軸心軌跡等主軸運轉指標，并得到監測信號，然后再將將監測信號傳送至控制模塊3。其中載荷傳感器用于監測主軸承受的載荷，可選用應變片、壓力傳感器等。轉速傳感器用于監測主軸轉速，可選用光電式轉速計、電容式轉速傳感器、變磁阻式轉速傳感器、 測速發電機等。溫度傳感器用于監測主軸油膜溫度，可以選用接觸式溫度傳感器或者非接觸式溫度傳感器；接觸式溫度傳感器又可選擇自雙金屬溫度計、玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、電阻溫度計、熱敏電阻和溫差電偶等，非接觸式溫度傳感器又可選擇自光學高溫計、 見輻射高溫計和見比色溫度計等。位移傳感器用于監測主軸的油膜厚度和軸心軌跡，可選用電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、光電式位移傳感器、超聲波式位移傳感器和霍爾式位移傳感器等。控制模塊3由控制器和控制器內部運算程序構成，其中控制器具體可以選用工控機、單片機、控制卡等。控制模塊3先對監測模塊2得到的上述監測信號進行運算，得到當前電主軸1運轉情況下所需潤滑液粘度值。本專利中提到的的所需潤滑液粘度值含義為當前電主軸1運轉情況下最適宜的潤滑液粘度值，例如高載荷、低轉速下選用高粘度值，低載荷、高轉速下選用低粘度值，中等載荷和轉速下選用中粘度值，然后再根據油膜厚度和溫度情況對粘度進行微調。之后控制模塊3將上述潤滑液粘度值運算為配液模塊6中基液閥門和增粘劑閥門的開啟量值，并將基液閥門和增粘劑閥門的開啟量值信號傳送至配液模塊6。基液箱4由基液箱箱體、過濾器、液壓泵和溢流閥組成，其中液壓泵可以選用齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。基液箱4儲存并向配液模塊6輸送基液，其各部件具體分工為，基液箱箱體中儲存有基液，基液是水、防銹劑、消泡劑和增粘劑的混合液；由液壓泵產生壓力，使基液持續供給配液模塊6 ；過濾器過濾基液，目的是使供給配液模塊6的基液中沒有雜質；溢流閥起穩壓作用，使基液以穩定壓力供給配液模塊6。增粘劑箱5由增粘劑箱箱體、過濾器、液壓泵和溢流閥組成，其中液壓泵可以選用齒輪泵、葉片泵和柱塞泵等。增粘劑箱5儲存并向配液模塊6輸送增粘劑，其各部件具體分工為，增粘劑箱箱體中儲存有增粘劑；液壓泵產生壓力，使增粘劑持續供給配液模塊6 ；過濾器過濾增粘劑，目的是使供給配液模塊6的基液中沒有雜質；溢流閥起穩壓作用，使增粘劑以穩定壓力供給配液模塊6。配液模塊6由基液閥門、增粘劑閥門、配液腔、攪拌器組成，配液模塊6根據前述閥門開啟量值控制基液閥門和增粘劑閥門的開啟量值，使合適比例的基液和增粘劑進入配液腔，然后通過攪拌器對混合液進行攪拌，得到所需粘度的潤滑液。其中基液閥門采用電動閥門，其開啟程度由上述控制模塊3輸出的基液閥門開啟量值信號控制；增粘劑閥門也采用電動閥門，其開啟程度由上述控制模塊3輸出的增粘劑閥門開啟量值信號控制。由基液閥門輸入的基液和由增粘劑閥門輸入的增粘劑在配液腔中完成配液過程。攪拌器可以選用以下類型開啟渦輪式、推進式、長薄葉螺旋槳式、圓盤渦輪式、布魯馬金式、板框槳式、三葉后彎式、MIG式、螺桿式、錨式、框式、螺旋槳式等。供液模塊7主要由液壓泵和溢流閥組成，其中液壓泵可以選用齒輪泵、葉片泵和柱塞泵等，溢流閥用以穩定供液壓力。供液模塊7的液壓泵提供壓力，使潤滑液持續供給電主軸1 ；溢流閥起穩壓作用，使潤滑液以穩定壓力供給電主軸。回液模塊8為主要由回液箱構成，用于回收并儲存主軸排出的潤滑液。本發明的能夠控制電主軸潤滑液粘度的系統的工作方法如下監測模塊2監測電主軸1的運轉情況，包括載荷、轉速、油膜溫度、油膜厚度和軸心軌跡等運轉指標，監測模塊2中的各傳感器把上述運轉指標轉換為電信號。監測模塊2把電主軸1運轉情況的電信號傳送至控制模塊3。控制模塊3先把電主軸1運轉情況的電信號進行模數轉換，使之從模擬量轉換為數字量；然后數字量進入控制模塊軟件程序，經運算得到當前電主軸1運轉情況下最適宜的潤滑液的粘度值，并將粘度值運算為配液模塊6中基液閥門和增粘劑閥門的開啟量值； 然后對開啟量值進行數模轉換，使之從數字量轉換為模擬量電信號。控制模塊3把基液閥門和增粘劑閥門的開啟量值的模擬量電信號傳送至配液模塊6。配液模塊6中的基液閥門和增粘劑閥門按照開啟量值的模擬量電信號開啟；基液箱4中的基液和增粘劑箱5中的增粘劑按照所需比例進入配液腔，攪拌器把混合液攪拌均勻，從而得到所需粘度的潤滑液。供液模塊7將配置好的潤滑液通過加壓、過濾后輸入電主軸1，潤滑液對電主軸1 起到承載和潤滑作用后排至回液模塊8，回液模塊8回收并儲存電主軸1排出的潤滑液。盡管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種能夠控制電主軸潤滑液粘度的系統，包括電主軸，其特征在于，還包括監測模塊，監測電主軸運轉情況，得到監測信號，并將監測信號傳送至控制模塊；控制模塊，對所述監測信號進行運算，得到當前所述電主軸運轉情況下所需潤滑液粘度值，并將所述粘度值轉變為粘度控制信號傳送至配液模塊；基液箱，儲存并向配液模塊輸送基液；增粘劑箱，儲存并向配液模塊輸送增粘劑；所述配液模塊，根據所述粘度控制信號將所述基液和所述增粘劑配置成所需粘度的潤滑液；供液模塊，將所述潤滑液加壓、過濾后輸入所述電主軸；回液模塊，回收所述電主軸的潤滑液。
2.根據權利要求1所述的一種能夠控制電主軸潤滑液粘度的系統，其特征在于，所述監測模塊包括安裝在電主軸上的載荷傳感器、轉速傳感器、溫度傳感器、位移傳感器。
3.根據權利要求1所述的一種能夠控制電主軸潤滑液粘度的系統，其特征在于，所述控制模塊由選自工控機、單片機或控制卡其中的一種。
4.根據權利要求1所述的一種能夠控制電主軸潤滑液粘度的系統，其特征在于，所述基液箱由基液箱箱體、過濾器、液壓泵和溢流閥構成。
5.根據權利要求1所述的一種能夠控制電主軸潤滑液粘度的系統，其特征在于，所述增粘劑箱由增粘劑箱箱體、過濾器、液壓泵和溢流閥構成。
6.根據權利要求1所述的一種能夠控制電主軸潤滑液粘度的系統，其特征在于，所述配液模塊包括內部設置有攪拌器的配液腔，所述配液腔安裝有連接于基液箱的基液閥門和連接有增粘劑箱的增粘劑閥門。
7.—種如權利要求1-6所述能夠控制電主軸潤滑液粘度的系統的方法，其特征在于， 包括如下步驟a.監測模塊監測電主軸的運轉情況，得到監測信號；b.監測模塊將步驟a得到的監測信號傳送至控制模塊；c.控制模塊對接受到的所述監測信號進行運算，得到當前所述電主軸運轉情況下所需的潤滑液粘度值；d.控制模塊把步驟C得到的粘度值轉變為粘度控制信號，粘度控制信號包括基液箱與增粘劑箱的閥門開啟量；e.控制模塊將步驟d得到的粘度控制信號傳送至配液模塊；f.配液模塊根據由步驟e接受到的粘度控制信號開啟基液閥門和增粘劑閥門，把基液和增粘劑按比例配制成需要粘度的潤滑液；g.供液模塊將步驟f配置好的潤滑液加壓、過濾；h.供液模塊將步驟g得到的潤滑液輸入所述電主軸；i.潤滑液對電主軸起到承載和潤滑作用后排至回液模塊；j.回液模塊回收并儲存步驟i排出的潤滑液。
8.根據權利要求2所述的一種能夠控制電主軸潤滑液粘度的方法，其特征在于，步驟a 和步驟c中的所述運轉情況包括電主軸的載荷、轉速、軸承間隙、油膜溫度、軸心軌跡。
全文摘要
本發明公開了一種能夠控制電主軸潤滑液粘度的系統及其方法，該系統包括電主軸、監測模塊、控制模塊、基液箱、增粘劑箱、配液模塊、供液模塊和回液模塊。監測模塊監測電主軸運轉情況，將監測信號傳送至控制模塊；控制模塊對監測信號進行運算，得到當前工況下所需潤滑液粘度值，并轉變為粘度控制信號傳送至配液模塊；配液模塊根據粘度控制信號將基液箱中的基液和增粘劑箱中的增粘劑配置成所需粘度的潤滑液；供液模塊將潤滑液加壓、過濾后輸入電主軸；回液模塊回收潤滑液。本發明能夠根據工況實時控制潤滑液的粘度，擴大了電主軸的適用工況范圍，從低速至高速、從輕載至重載均可適用，使電主軸能受到合適粘度潤滑液的承載和潤滑，提高了運轉穩定性。
文檔編號G05D24/02GK102270002SQ20111008257
公開日2011年12月7日 申請日期2011年4月1日 優先權日2011年4月1日
發明者劉峰, 林彬, 閆帥 申請人:天津大學