[實用新型]一種摩擦型全自動高速主軸在線動平衡裝置及其控制系統

無效

• 申請號: 200820079511.7
• 申請日: 2008-03-21
• 公開（公告）號: CN201177550Y
• 公開（公告）日: 2009-01-07
• 發明（設計）人: 伍良生;張云禧;周大帥;朱美玲
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01M1/38
• 分類號: G01M1/38;B24B41/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張慧

技術領域

本實用新型涉及一種摩擦型全自動高速主軸在線動平衡裝置及其控制系統，屬于精密超精密加工及自動化領域。

背景技術

高速精密超精密加工是現代制造技術的發展方向，在線動平衡則是這一領域的關鍵技術之一，尤其在高速精密磨削中更是如此。

高速主軸系統高速旋轉時產生的不平衡離心力的大小可用下式表示：

F＝Meω²

其中，M為高速主軸系統的質量，e為高速主軸系統的重心與其旋轉軸線的偏心距，ω為高速主軸系統的工作角速度(弧度/秒)，ω＝2πn/60，n為高速主軸轉速。

令U＝Me，U為不平衡的質徑積，其單位為g·mm，通常用U表示不平衡量的大小。

可見，高速主軸系統旋轉時所產生的不平衡離心力與速度的平方成正比，而高速主軸系統旋轉時轉速非常高，若高速主軸系統有極小的不平衡量，也會產生非常大的不平衡離心力，引起機床振動、軸承磨損等故障。因此，高速主軸系統的不平衡量嚴重影響著機床的加工精度和使用壽命，為保證機床的加工精度必須設法減小高速主軸系統的不平衡量。轉子系統動平衡的任務就是確定高速主軸系統不平衡量U的大小和方向，然后在其相反的方向某一半徑r處加一平衡質量m，使mr與U的大小相等、方向相反，以減小或消除高速主軸系統的不平衡量U。

在線動平衡可在主軸工作轉速下自動識別不平衡量的大小和相位，并自動完成平衡工作，與傳統的平衡方法相比，具有平衡效率高，平衡精度高，操作簡便，高度自動化，不依賴于操作者技能等特點，且可以對高速主軸系統的平衡狀況進行實時在線監測，能夠將高速主軸系統的平衡狀況始終控制在所要求的精度范圍內，因此高速主軸系統自動在線平衡越來越得到人們的關注。

現有兩類在線自動平衡方法。第一種是從外部對轉子加上同步外力，該力與轉子上的不平衡離心力平衡，這樣來消除轉子的同步振動。該方法中通常使用電磁作用器，其缺點是沒有從根本上消除產生振動的不平衡質量。第二種方法是控制轉子上的質量重新配置，是通過質量補償來實現的，即調整校正平衡塊(也稱調整環或平衡環，可以是固體、液體或氣體)的不平衡質量，使轉子質心軸線與轉子彈性軸線趨近，以消除不平衡質量，包括噴涂型、噴液型、激光去重型以及電磁型。其中噴涂型、噴液型和激光去重型自動平衡法存在平衡精度低等問題，難于在高速高精度旋轉設備中應用；電磁型在線動平衡技術由于其機械執行部件(即平衡頭，一般采用步進電機的工作原理設計而成)及控制系統復雜、穩定性差、效率低及成本偏高等缺點，也難于在工程實際中應用。

研制結構簡單可靠、高精度的高速主軸在線動平衡裝置，對于高速精密超精密加工具有重要的意義。

實用新型內容

本實用新型的目的是克服現有高速主軸用高精度在線動平衡系統精度低、效率低以及系統過于復雜、穩定性差的缺點，提出了一種摩擦型的全自動高速主軸在線動平衡裝置及其控制系統。該系統的平衡頭機械結構簡單穩定、易于控制；同時控制系統的核心處理器采用高性能數字信號處理器(DSP)，數據處理速度快、精度高，保證了較短的動平衡時間和甚佳的平衡效果；該動平衡系統的可行的控制方法和有效的數據處理算法，使得整個系統更加完善。

為了實現上述目的，本實用新型采取了如下技術方案：一種摩擦型全自動高速主軸在線動平衡裝置，整體上采用對稱式結構設計，以嚙合齒圈6為中心左右對稱，包括有外殼、連接軸、平衡環和平衡環驅動執行機構四部分；

其中：

外殼包括有軸承4和由隔磁材料制成的圓筒形殼體1、端蓋2和軸承蓋3，端蓋2、軸承蓋3和軸承4各有對稱的兩個，殼體1、端蓋2和軸承蓋3三者緊固配合；

連接軸包括中心軸5和圓環形嚙合齒圈6，嚙合齒圈6的兩端面設置有三角尖齒離合器爪齒；嚙合齒圈6套裝在中心軸5上，二者緊固連接；中心軸5的一端設置有用于與高速主軸緊固連接的螺桿；

平衡環包括由軟磁材料制成的平衡環身7和由隔磁材料制成的平衡環體8，圓環形平衡環身7套裝在平衡環體8上，二者緊固連接構成平衡環；圓環形平衡環身7上設置有用于傳感器讀取信號和校正高速主軸不平衡量的不平衡量缺口，平衡環體8設置有中心孔，其內側面設置有三角尖齒離合器爪齒，以嚙合齒圈6為中心，兩對稱的平衡環套裝在中心軸5上，二者的中心線重合，平衡環可在中心軸5上沿軸向內外移動，向內移動時，平衡環外側的三角尖齒離合器爪齒與嚙合齒圈6外側的三角尖齒離合器爪齒嚙合，向外移動時二者分離；