本发明一种主轴轴承外圈径向液压加载抑制振动的装置和方法，对主轴前端轴承外圈施加均布作用力，提高主轴的刚度和阻尼，进而减小主轴前端的振动。所述装置包括主轴振动监测装置、控制器以及液压调控装置；主轴振动监测装置用于测量并处理主轴的振动信号；控制器的输入端连接主轴振动监测装置的输出端，用于根据收到的振动信号输出控制电压信号到液压调控装置；液压调控装置包括安装在主轴前端轴承外周的带有环形槽的轴承座；安装在轴承座外周并与轴承座上的环形槽形成封闭的环形液压油腔的主轴壳体；依次连接在控制器输出端的功率放大器和电液伺服阀；电液伺服阀与环形液压油腔内部相连通。
1.一种主轴轴承外圈径向液压加载抑制振动的方法，其特征在于，通过主轴轴承外圈径向液压加载抑制振动的装置，对主轴轴承外圈径向进行加载；
所述主轴轴承外圈径向液压加载抑制振动的装置包括主轴振动监测装置、控制器以及液压调控装置；
所述的主轴振动监测装置用于测量并处理主轴的振动信号；主轴振动监测装置包括安装在主轴(1)前端用于测量主轴(1)振动幅值的压电加速度传感器(7)和用于处理压电加速度传感器采集的振动信号的数据采集系统(8)；数据采集系统(8)的输入端连接压电加速度传感器(7)，输出端连接控制器(9)的输入端；
所述的控制器(9)用于根据收到的振动信号输出控制电压信号到液压调控装置；
所述的液压调控装置包括安装在主轴前端轴承(2)外周的带有环形槽的轴承座(6)；安装在轴承座(6)外周并与轴承座(6)上的环形槽形成封闭的环形液压油腔(4)的主轴壳体(3)；依次连接在控制器(9)输出端的功率放大器(10)和电液伺服阀(11)；电液伺服阀(11)与环形液压油腔(4)内部相连通；
(1)在加工过程中，主轴(1)前端的压电加速度传感器(7)将测得的主轴(1)振动模拟信号；
(2)振动模拟信号经数据采集系统(8)得到振动信号，再输入到控制器(9)中进行处理输出控制电压；控制器(9)中经数据采集系统(8)输出的振动信号得到振动信号的标准差比SR，当标准差比超过当前加工情况下振动信号的阈值时，控制器(9)通过比例-积分-微分调节输出控制电压；
(3)输出控制电压通过功率放大器(10)控制电液伺服阀(11)的阀芯，进而控制环形液压油腔(4)中液压油的压力；
(4)通过轴承座(6)将压力传递到主轴(1)，提高主轴(1)刚度和阻尼从而减小主轴(1)前端振动；
其中，振动信号的标准差比SR用来反映振动信号的瞬时幅值相对于理想振动幅值的增长情况；由下式得到振动信号的标准差比SR，其中，σ为当前振动信号采样小样本计算的瞬时标准差；
2.根据权利要求1所述的一种主轴轴承外圈径向液压加载抑制振动的方法，其特征在于，所述环形液压油腔(4)沿径向呈均匀分布。
3.根据权利要求1所述的一种主轴轴承外圈径向液压加载抑制振动的方法，其特征在于，所述主轴壳体(3)上开设有与环形液压油腔(4)贯通的进油通道，进油通道上设有进油口(5)。
4.根据权利要求1所述的一种主轴轴承外圈径向液压加载抑制振动的方法，其特征在于，电液伺服阀(11)的输入端连接供油系统(12)。
5.根据权利要求1所述的一种主轴轴承外圈径向液压加载抑制振动的方法，其特征在于，压电加速度传感器(7)安装在主轴壳体(3)上靠近主轴前端轴承(2)的一端。
一种主轴轴承外圈径向液压加载抑制振动的装置和方法
技术领域
[0001] 本发明属于机床智能主轴领域，涉及加工过程的振动监测和抑制，具体为一种主轴轴承外圈径向液压加载抑制振动的装置和方法。
背景技术
[0002] 在数控机床加工过程中，对于工件的表面加工质量和加工效率的要求越来越高。在加工过程中，由于主轴制造和装配过程产生的不平衡量，或者刀具与工件之间相互作用引发的颤振等因素的影响，使得机床主轴在加工过程中可能产生较大的振动。主轴前端过大的振动一方面会影响工件的表面加工质量与加工效率，另一方面也会加快刀具的磨损，影响机床部件的使用寿命，因此有必要在线实时地对机床主轴的振动情况进行监测，并采取某种控制方法减小其振动，保证加工质量。
[0003] 目前针对机床主轴的振动抑制方法主要有：通过改变机床加工参数避免颤振区域抑制振动，如改变主轴的转速、切削深度或者进给速率等；改变主轴系统的阻尼等来改变主轴性能，从而实现对振动的抑制，包括压电陶瓷致动器或磁致伸缩材料均匀分布支撑在主轴前端，通过控制作动力的大小来实现振动的抑制。
[0004] 上述抑制振动方法中，前一种主要针对切削加工过程中产生的颤振现象进行抑制，不能消除其他形式的振动。后一种利用作动材料进行振动抑制的方法具有较好的通用性，但目前已知的振动抑制系统形式和方法又存在结构复杂、安装困难、可靠性差等缺点，因此本专利利用液压来对主轴前端的振动进行抑制，主轴结构简单，可靠性高。
发明内容
[0005] 针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种主轴轴承外圈径向液压加载抑制振动的装置和方法，对主轴前端轴承外圈施加均布作用力，提高主轴的刚度和阻尼，进而减小主轴前端的振动。
[0006] 本发明是通过以下技术方案来实现：
[0007] 一种主轴轴承外圈径向液压加载抑制振动的装置，包括主轴振动监测装置、控制器以及液压调控装置；
[0008] 所述的主轴振动监测装置用于测量并处理主轴的振动信号；
[0009] 所述的控制器的输入端连接主轴振动监测装置的输出端，用于根据收到的振动信号输出控制电压信号到液压调控装置；
[0010] 所述的液压调控装置包括安装在主轴前端轴承外周的带有环形槽的轴承座；安装在轴承座外周并与轴承座上的环形槽形成封闭的环形液压油腔的主轴壳体；依次连接在控制器输出端的功率放大器和电液伺服阀；电液伺服阀与环形液压油腔内部相连通。
[0011] 优选的，主轴振动监测装置包括安装在主轴前端用于测量主轴振动幅值的压电加速度传感器和用于处理压电加速度传感器采集的振动信号的数据采集系统；数据采集系统的输入端连接压电加速度传感器，输出端连接控制器的输入端。
[0012] 优选的，所述环形液压油腔沿径向呈均匀分布。
[0013] 优选的，所述主轴壳体上开设有与环形液压油腔贯通的进油通道，进油通道上设有进油口。
[0014] 优选的，电液伺服阀的输入端连接供油系统。
[0015] 优选的，压电加速度传感器安装在主轴壳体上靠近主轴前端轴承的一端。
[0016] 一种主轴轴承外圈径向液压加载抑制振动的方法，通过本发明所述的抑制振动的装置对主轴轴承外圈进行加载，包括如下步骤，
[0017] (1)在加工过程中，主轴前端的压电加速度传感器将测得的主轴振动模拟信号；
[0018] (2)振动模拟信号经数据采集系统得到振动信号，再输入到控制器中进行处理输出控制电压的步骤；控制器中经数据采集系统输出的振动信号得到振动信号的标准差比SR，当标准差比超过当前加工情况下振动信号的阈值时，控制器通过PID(比例-积分-微分)调节输出控制电压；
[0019] (3)输出控制电压通过功率放大器控制电液伺服阀的阀芯，进而控制环形液压油腔中液压油的压力的步骤；
[0020] (4)通过轴承座将压力传递到主轴，提高主轴刚度和阻尼从而减小主轴前端振动的步骤。
[0021] 优选的，振动信号的标准差比SR用来反映振动信号的瞬时幅值相对于理想振动幅值的增长情况；由下式得到振动信号的标准差比SR，
[0022]
[0023] 其中，σ为当前振动信号采样小样本计算的瞬时标准差；
[0024] σi为理想振动状态下第i次采样的标准差；
[0025] N为理想振动状态下的采样次数。
[0026] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0027] 本发明一种主轴轴承外圈径向液压加载抑制振动的装置和方法，在加工过程中，通过液压系统对主轴轴承外圈施加均布压力，能够更好地根据不同的需求提高主轴的性能，实现减小主轴振动的目的；液压调控系统的原理和方法较为成熟，在主轴的振动调控过程中更加简单和稳定；结构上不需要对主轴系统进行较大的改变且装配简单。
附图说明
[0028] 图1为本发明所述装置的结构原理示意图。
[0029] 图2为本发明所述方法的流程图。
[0030] 图中：1为主轴，2为主轴前端轴承，3为主轴壳体，4为液压油腔，5为进油口，6为轴承座，7为压电加速度传感器，8为数据采集系统，9为控制器，10为功率放大器，11为电液伺服阀，12为供油系统。
具体实施方式
[0031] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0032] 本发明一种主轴轴承外圈径向液压加载抑制振动的装置，包括主轴振动监测装置、控制器以及液压调控装置；所述主轴振动监测装置用于测量主轴振动幅值；所述控制器用于根据所述监测部分得到的主轴振动信号，输出控制信电压号；所述液压调控装置用于接收控制器输出的控制电压信号，并通过功率放大器控制电液伺服阀的阀芯，进而控制进液压油腔处的压力，最终通过带有环形槽的轴承座对主轴前端轴承外圈施加均布压力提高主轴刚度和阻尼并减小主轴振动。
[0033] 具体的，如图1所示，本发明一种主轴轴承外圈径向液压加载抑制振动的装置包括主轴振动监测装置、控制器9以及液压调控装置；
[0034] 主轴振动监测装置包括压电加速度传感器7、用于处理压电加速度传感器采集的振动信号的数据采集系统8，其中，压电加速度传感器7安装在主轴1前端轴承2附近的主轴壳体3上，用于采集主轴1的实时振动幅值；同时数据采集系统8可以对主轴1振动幅值信号实时处理，并输入到控制器9中。
[0035] 控制器9用于根据数据采集系统8得到的主轴1振动信号，输出控制电压信号到液压调控装置；
[0036] 液压调控装置包括安装在主轴1前端轴承2外周的带有环形槽的轴承座6；安装在轴承座6外周并与轴承座6上的环形槽形成封闭的液压油腔4的主轴壳体3；轴承座6与轴承2外圈小间隙配合装配；与控制器9输出端连接的功率放大器10；与功率放大器10连接的电液伺服阀11，该电液伺服阀11与所述液压油腔4内部相通。
[0037] 本发明所述的振动抑制方法，如图2所示，在加工过程中，主轴1前端的压电加速度传感器7将测得的主轴1振动模拟信号经数据采集系统8，输入到控制器9中进行处理，得到振动信号的标准差比SR，针对不同的加工情况，设定不同加工情况下振动信号的阈值，当标准差比超过阈值，则控制器通过PID调节输出控制电压，最后通过功率放大器10控制电液伺服阀11的阀芯，进而控制进液压油腔4处的压力，由于该进油口5与液压油腔4相通，因此压力油可作用在轴承座6上，由轴承座6对主轴1的振动进行抑制。此外，电液伺服阀11、液压油腔4与供油系统12相连，形成回路。
[0038] 其中，振动信号的标准差比SR用来反映振动信号的瞬时幅值相对于理想振动幅值的增长情况；由下式得到振动信号的标准差比SR，
[0039]
[0040] 其中，σ为当前振动信号采样小样本计算的瞬时标准差；
[0041] σi为理想振动状态下第i次采样的标准差；
[0042] N为理想振动状态下的采样次数。
