传感器|智能主轴技术发展综述( 七 ) 算法|CNN|机械

(a) 刀具变形自适应补偿主轴系统

(b) 基于压电作动器的自适应主轴系统
图4 集成作动装置的智能主轴系统
Fig.4 Intelligent spindle system integrated with actuator
对于滚动支承主轴系统而言，可考虑从轴承预紧的角度对主轴系统的性能进行主动调控：文献[69
提出了一种基于线性二次调节器和粒子群优化算法的颤振控制器，实现了主轴颤振的在线抑制；文献[70
通过理论和试验分析了轴承预紧力对主轴支承刚度、温升的非线性影响规律；文献[71
研究了考虑轴承打滑与温升的主轴高速球轴承在不同工况下的最佳预紧力调控准则；文献[72
则进一步研究了定压/定位预紧以及预紧力大小对主轴刚度、温升以及振动的影响；需要注意的是，通过预紧力调节实现主轴系统性能主动调控的方式在改变主轴系统刚度的同时往往会带来温升方面的复杂影响。还可对主轴系统的阻尼、振动进行主动控制：文献[72
利用磁悬浮主轴中电磁轴承阻尼可控的特性，通过增加磁悬浮主轴系统阻尼实现了铣削颤振的主动抑制；文献[73
设计了一种基于线性二次高斯的自适应控制策略提高主轴的阻尼；文献[74
采用反馈补偿并结合自学习主动控制策略对主轴振动进行主动控制；文献[75
将自适应反馈控制与模糊逻辑算法相结合，利用电磁作动器对铣削过程中的切削力进行主动抵消以实现主轴回转中心位置的调控。 3.3.3 碰撞检测与调控碰撞控制策略的目的是避免或减少损伤，当检测到碰撞时，通常采取的动作是紧急停止机床。基于距离的碰撞监测方法可以实现避碰，当监测距离小于某一数值时，数控系统会发出控制指令紧急停止机床。然而，大多数碰撞监测方法基于不能避免碰撞的接触传感器，因此除了紧急停止系统外，可能还需要过载耦合器装置来防止损坏。过载耦合器装置包括滚珠丝杠离合器和机械解耦保护装置，滚珠丝杠离合器用于进给驱动装置，当作用在进给轴上的力过高时，滚珠丝杠离合器触发，进给轴与进给驱动分离；机械解耦保护装置[76
包括内、外2个成形环，分别连接主轴凸缘和底座，当作用在主轴上的力超过夹持力时， 2个环分离，主轴与机床轴间的力中断。此外，内环中安装了3个感应位移传感器元件以检测相对运动，可用于启动CNC控制的对策，如进给轴的紧急停止或后退运动[77
。最近，文献[78
提出了一种新型过载保护系统，发生碰撞时可以减小接触力。 3.3.4 热误差补偿热误差补偿通过重新调整轴的定位实现，其基于对进给驱动系统的操纵，要么在伺服系统的反馈回路中插入补偿，要么通过移动控制系统的参考原点[79
。能够处理大量数据的能力使基于计算机的外部补偿操作得到广泛应用[81
，加工过程中通过外部补偿器实时获取机床温度和主轴转速信号，对热漂移进行估计并将补偿信号发送给数控系统以调整轴的位置或移动原点坐标[82
。然而，上述解决方案的固有缺陷是无法补偿驱动系统中排除的自由度(如主轴倾斜误差等)中的变形。 3.3.5 动平衡调节技术动平衡相关的研究相对较多，文献[83
提出了在线自动平衡的概念，不需要机器停止就可以自动完成平衡，可分为被动平衡和主动平衡，主动平衡的应用效果更好且适应性更强，受到越来越多的关注。文献[85
详细回顾了旋转机械的主动平衡方法，最后采用基于机电、电磁或水力喷射技术的平衡装置产生力来抵消主轴的不平衡质量。 3.3.6 自动润滑控制自动润滑控制主要是利用反馈信号主动控制润滑流量和主轴转速，改善轴承接触条件。合理的润滑能够有效减小主轴关键部位的磨损，降低轴承等部件的故障率，延长主轴寿命。目前常用的主轴润滑方式为自动润滑，即润滑系统通过将润滑油输送到主轴的各个润滑点实现周期性润滑，能起到较好的保护作用，但也存在一些问题，如恶劣工况下容易故障，油脂分配效率低下，润滑油脂浪费，成本高昂，润滑点较多而无法合理布局润滑系统管道等。国外对自动润滑系统的研究起步较早：文献[86