1.一種高速精密主軸預(yù)緊力和預(yù)緊位移智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：包括主軸殼體、前套筒組件、后套筒組件、壓電作動(dòng)器組件、主軸和數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，
所述前套筒組件固定安裝在主軸殼體內(nèi)，所述后套筒組件通過球籠導(dǎo)向軸承沿著主軸的軸線滑動(dòng)地安裝在主軸殼體內(nèi)，主軸通過軸承同軸固定安裝在前套筒組件和后套筒組件內(nèi)，
在主軸殼體上沿主軸圓周均布有多個(gè)與主軸相平行的用于對(duì)后套筒施加軸向載荷的壓電作動(dòng)器組件，所述壓電作動(dòng)器組件包括壓電作動(dòng)器、力傳感器和預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺栓，其中，壓電作動(dòng)器滑動(dòng)設(shè)置在繞主軸軸線均布并平行于主軸軸線的光孔中，壓電作動(dòng)器的與后套筒的法蘭盤相對(duì)的一端固定力傳感器，壓電作動(dòng)器的另一端與嵌設(shè)在主軸殼體上的預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺栓連接；
在前套筒和后套筒中均嵌入設(shè)置有溫度傳感器，用于檢測(cè)軸承的工作溫度；
在后套筒上設(shè)置后套筒位移傳感器，用于監(jiān)測(cè)后套筒的軸向位移；
所述數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)包括控制器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器，所述力傳感器、主軸位移傳感器、后套筒位移傳感器分別通過A/D轉(zhuǎn)換器連接至控制器，控制器依次通過D/A轉(zhuǎn)換器、電壓放大器連接各個(gè)壓電作動(dòng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速精密主軸預(yù)緊力和預(yù)緊位移智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述前套筒組件包括前套筒、定位端蓋、前端蓋，所述前套筒通過螺栓固定安裝在主軸殼體內(nèi)，所述定位端蓋通過螺栓連接固定于前套筒的內(nèi)端，所述前端蓋通過螺栓連接固定在前套筒的外端，用于壓緊軸承外圈；前套筒內(nèi)設(shè)置有軸承Ⅰ和軸承Ⅱ以安裝主軸，通過第一鎖緊螺母將軸承Ⅰ和軸承Ⅱ軸向鎖緊在主軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速精密主軸預(yù)緊力和預(yù)緊位移智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：前套筒4內(nèi)嵌入設(shè)置有軸承Ⅰ溫度傳感器和軸承Ⅱ溫度傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速精密主軸預(yù)緊力和預(yù)緊位移智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：在主軸殼體內(nèi)還設(shè)置有主軸位移傳感器，主軸位移傳感器通過支架固定在主軸殼體內(nèi)壁上，主軸位移傳感器的探頭對(duì)準(zhǔn)主軸的階梯面，過檢測(cè)探頭到主軸的階梯面的距離變化，來監(jiān)測(cè)主軸的軸向位移；在主軸殼體內(nèi)還設(shè)有用于監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的編碼器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速精密主軸預(yù)緊力和預(yù)緊位移智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述后套筒組件包括后套筒、預(yù)緊端蓋、后端蓋，所述預(yù)緊端蓋通過螺栓連接固定于后套筒的內(nèi)端，所述后端蓋通過螺栓連接固定在后套筒的外端，用于壓緊軸承外圈；后套筒內(nèi)設(shè)置有軸承Ⅲ和軸承Ⅳ以安裝主軸，通過第二鎖緊螺母將軸承Ⅲ和軸承Ⅳ軸向鎖緊在主軸上；后套筒內(nèi)嵌入設(shè)置有軸承Ⅲ溫度傳感器和軸承Ⅳ溫度傳感器；所述后套筒的外端面為法蘭盤結(jié)構(gòu)，在后套筒外端面法蘭盤上嵌入設(shè)置有后套筒位移傳感器，后套筒位移傳感器的探頭貫穿法蘭盤且正對(duì)著主軸殼體的與法蘭盤相對(duì)的端面，通過測(cè)量探頭與該端面的距離變化來監(jiān)測(cè)后套筒的軸向位移。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速精密主軸預(yù)緊力和預(yù)緊位移智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：在后套筒外端面法蘭盤上還設(shè)置有6個(gè)繞主軸軸線均布的緊定螺釘，所述緊定螺釘貫穿設(shè)置在后套筒外端面法蘭盤上，緊定螺釘?shù)捻敹擞糜陧斁o主軸殼體的與法蘭盤相對(duì)的端面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速精密主軸預(yù)緊力和預(yù)緊位移智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：在主軸殼體的外壁上沿其圓周設(shè)置有一圈凹槽，所述預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺栓的一端露出在凹槽中，以便調(diào)節(jié)預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺栓的旋入量。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的高速精密主軸預(yù)緊力和預(yù)緊位移智能監(jiān)控系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：
根據(jù)基于主軸轉(zhuǎn)速和溫升確定的既定轉(zhuǎn)速和溫升下的最佳預(yù)緊位移和預(yù)緊力數(shù)據(jù)庫(kù)，分別對(duì)主軸低速和高速工況下進(jìn)行最佳預(yù)緊位移的閉環(huán)控制和最佳預(yù)緊力的閉環(huán)控制：在低速工況下，通過主軸位移傳感器或者后套筒位移傳感器測(cè)得的預(yù)緊位移電壓信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將預(yù)緊位移的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為預(yù)緊位移的數(shù)字電壓信號(hào)，并將數(shù)字電壓信號(hào)輸入到控制器中并與設(shè)定的目標(biāo)預(yù)緊位移值進(jìn)行比較，控制器的輸出電壓信號(hào)通過D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字電壓信號(hào)轉(zhuǎn)為模擬電壓信號(hào)，由電壓放大器分別輸出到各個(gè)壓電作動(dòng)器，使其分別輸出所對(duì)應(yīng)的位移，從而實(shí)現(xiàn)了低速工況下的最佳預(yù)緊位移閉環(huán)控制；高速工況下，可以通過力傳感器測(cè)得的預(yù)緊力電壓信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將預(yù)緊力的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為預(yù)緊力的數(shù)字電壓信號(hào)，將數(shù)字電壓信號(hào)輸入到控制器中并與設(shè)定的目標(biāo)預(yù)緊力值進(jìn)行比較，控制器的輸出信號(hào)通過D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字電壓信號(hào)轉(zhuǎn)為模擬電壓信號(hào)，由電壓放大器分別輸出到各個(gè)壓電作動(dòng)器，使其分別輸出所對(duì)應(yīng)的預(yù)緊力，從而實(shí)現(xiàn)了高速工況下的最佳預(yù)緊力的閉環(huán)控制。
9.如權(quán)利要求1-7之一所述的高速精密主軸預(yù)緊力和預(yù)緊位移智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)既定預(yù)緊力下的定壓預(yù)緊模式切換為定位預(yù)緊模式的方法，其特征在于：先利用壓電作動(dòng)器推動(dòng)力傳感器對(duì)主軸施加目標(biāo)軸向預(yù)緊力，然后通過力矩扳手依次循環(huán)調(diào)節(jié)緊定螺釘，依次循環(huán)卸壓電作動(dòng)器施加的軸向預(yù)緊力，使三個(gè)力傳感器的顯示值逐漸趨于零，從而主軸-軸承系統(tǒng)達(dá)到軸向的力平衡狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)既定預(yù)緊力下的定壓預(yù)緊模式切換為定位預(yù)緊模式。
10.如權(quán)利要求1-7之一所述的高速精密主軸預(yù)緊力和預(yù)緊位移智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定壓預(yù)緊的方法，其特征在于：利用三個(gè)壓電作動(dòng)器同時(shí)推動(dòng)力傳感器對(duì)主軸施加期望的預(yù)緊力，使三個(gè)力傳感器的顯示值相等并且顯示值之和等于設(shè)定的對(duì)主軸的期望預(yù)緊力值即可。