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精密機床主軸軸承的預緊力控制郭明，陳宗農，王慶九浙江大學機械設計研宄所，浙江杭州310027況。確1；該機床的最隹預緊力，對其控制，琿和控制芥法的1門分櫨。古。，1.1崎苔春乇主鈿系統為例驗證了預緊力實時控制的可行性。

1前言精密機床主軸通常以滾動軸承支承，為保證主軸系統具有優越的回轉精度剛度熱特性等靜動態特性。必須采預緊技術。傳統的預緊，包括記壓預緊和定位預緊，使系統保持，定的預緊力或預緊位移，這對于不同的工況不能實現預緊力優化。主軸軸承預緊力的在線控制能夠使預緊狀態的優化得以實現。

關于預緊力的控制，國內外學者己進行了大量的理論探討和實驗研究。按控制原理劃分大致有兩類類是非實時控制，它是通過改變軸承的結構，采用預緊力補償原理來實現，如德國，公司的預緊力基金資助式科技攻項，857只03151作者簡介郭明1968，男，江蘇南通人，講師，博士生，從事精密機床主軸系統紡織機械及自動化等研宄；陳宗農1948，男，浙江紹興人，教授，從事精密機床主軸系統紡織機械及自動化等研宄；王慶九1969，女，江蘇江陰人制器借助油腔壓力貨化來調，傾緊力大小2，但它僅為可調，無預緊力測量，因而是非實時在線。另類如日本慶應義塾大學研制的預緊力控制系統，利用軸承座上的變形元件測量軸承工作狀態下的預緊力，通過壓屯元件控制預緊力3；哈爾濱工業大學開發研制制預緊力的4，由于壓電晶體的特性所決定，其每萬伏變形量為1.，為壓電晶體的總長，因而需要很高的電壓。

國內外學者對軸承的預緊力也進行了大量的理論分析，但是由于機床主軸軸承最佳預緊力與軸承的轉速溫升負荷主軸變形軸承壽命潤滑條件等多種因素有關，因此要確定軸承的最佳預緊力，就得在，論分祈的基礎進廳大量的次娘。

為此，本文以，1000型精密磨床主軸系統為對象，研究了種以測力軸承15為測力傳感器，預緊力控制浩為執行元件的控制法。利用該方法，能實現機床軸軸承的預緊力實叫指制。

工程師，從事紡織機械及自動化等研宄。

2關于最佳預緊力能自動調整最佳預緊力的大小，實現了預緊力的自動跟蹤校正從理論分析可知，對于特定的機床，最佳預緊力是轉速與外載荷的函數，機床主軸在加工過程中，轉速般為常數，因此最佳預緊力主要由軸承的負荷決定。當外我荷較大時，系統誤差主要彈性變形引起，因此最佳預緊力較大，以提高系統的剛性；當負荷較小時，誤差主要由熱變形引起，這時需要最佳預緊力較小。用理論方法計算最佳預緊力的位，不僅計算，雜，且計算出的值與實際值相差較大，因此最佳預緊力的確定，需要進行系列的試驗，以得到不同工況齡速溫升等下最佳預緊力與外載荷的關系。本文根據，1000型精密磨床主軸系統，進行了系列速溫升載荷等得到最佳預緊力的值。

3控制原理當主軸系統由于溫升轉速等原因引起預緊力變化時，系統應自動調整到最佳值上。主軸系統中裝有測力軸承時，由拾取的應變信號可以確定軸承的實際預緊力。以工況參數確定的最佳預緊力為目標。利用數字控制器和相應的執行機構可以實現預緊力的自適應控制。

理。由預緊力控制器微機和步進電機等組成預緊力在線伺服控制系統。由監測系統提供的轉速溫度等描述小軸系統實時狀態的工作參數，以確定系統預緊力大小身左位作為拉制信輸入拉制路逃行10控制，通過步進電機轉動方向和轉動步數的輸出角度4制電機帶動柱塞泵活塞移動距離。

設預緊力控制環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力軸承的外圈軸向移動么乙使實際預緊娜，佳預緊，艇！微，4控制算法的設計調節對于連續系統技術圮，成熟的，而且應月最廣泛。考慮到木系統在肘0551單片微機1實現，采用如下算法模擬調節系統中，仍控制兌法的衣達式為器的比例系數；乃為調節器的積分時間，2為調節器的微分時間。

為便于微機實現，將式3離散化，并用差分方程來代替連續系統的微分方程，可得到離散的，10達式為為米樣序號，=0，2步可得分常數。

機構采用步進電機，只需要個增量信號，因此式5控制系統中，為避免動作過丁1頻繁，消除頻繁動作所引起的振蕩，采用帶有死區，的，控制系統，其控制算式為死區5圮可調參數，其位根據控制對象由丈驗想衷值各小。，1周節動作過于，繁，不容易達到穩定被調對象的目的。5取值太大，系統將產生很大的滯后。當偏差絕對值1泛15時，控制輸出為0當咖15時，以，的運算結果輸出。

參數整定在數字控制系統中直接影響調節的品質。本文采用的擴充臨界比例度法簡易實用。整定參數，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，并進行比例控制，逐漸縮小比例度，直到系統產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，簡化到只1要整定個參數人。改變人。觀察控制效果，直到滿競為止。

5系統調節精度和參數整定為驗1卞軸系統預緊力控制的性能和精度，用研制的預緊力擰制系統對10型精密磨未進行分析和測1戌。

控制系統中。步進電機的步距角為。3，傳動螺距戶1齒輪副的傳動比=25，計算求得電機轉動每步的軸向移動距離04.由定位預緊計算公式5為內外套筒的長度差丁為軸承的接觸角，夂為鋼球與內外滾道之間總的載荷變形常數，Nmm 5.可得軸承預緊力的調節值為1.7.可，預緊力的調節精度是很的。

由于控制器的壓力是通過齒輪和螺旋副傳動推動活塞加壓來實現的，由于制造誤差等原因，步進電1轉動時為克服間隙可能發生幾步空轉。由于采用了增量，1擰制。這種誤差對系統的精度基本沒有什么影響。

參數整定和響應時間為保證系統能按要求穩定可靠地工作，對系統參數的整定進行了必要的試驗。試驗步驟如下，取采樣周期為18，啟動試驗裝置，預工作2山工況確定最佧預緊力，以4幻為，1改變比例系數欠1得到預緊力隨時間的變化函數廠。

3，當值為19時，響應時間為8，達到所需的壓力值時，且有很小的超調量。

由于機床工作過程中載荷變化和各種因素的影響，主軸軸承的預緊力會在實際預緊值附近有定幅度的波動和變化。

6結論在吸收已有預緊力控制器優點的基礎上，研制了種新型預緊力控制器，它具有調節范圍寬控制響應靈敏和精度高的特點，而且結構簡取成本低通用性強。經工業應用證明是成功的。文中介紹的，控制算法具有穩定性好響應時間恰當和通用性強的優點，既可用于單片微機構成單獨的系統，也可與各類精密機床或加工中心的微機連成整體，使最佳預緊力得以實現。

龔建君。主軸軸承預緊力的在線控制及其對主軸系統特性的影響1爾演哈爾濱工業1學機械系。少1.

樂可錫，全永昕，周桂如，等。測力軸承的設計方法的研制陳宗農，郭9.精密機床主軸軸承新型預緊力控制器