[發(fā)明專利]一種內(nèi)置式高速主軸雙面在線動(dòng)平衡裝置及其控制系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110107531.7
• 申請(qǐng)日: 2011-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN102252806A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 伍良生;張仕海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M1/38
• 分類號(hào): G01M1/38
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可置于主軸箱內(nèi)部的高速主軸在線動(dòng)平衡裝置及其控制系統(tǒng)，屬于精密超精密加工及自動(dòng)化領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著國(guó)際機(jī)床行業(yè)向高速、高精度、高效等方向的發(fā)展。主軸系統(tǒng)不平衡問題越來(lái)越成為制約我國(guó)機(jī)床在轉(zhuǎn)速、精度等方面性能提高的關(guān)鍵性問題。

轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的不平衡離心力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而高速主軸系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速非常高，若高速主軸系統(tǒng)有極小的不平衡量，也會(huì)產(chǎn)生非常大的不平衡離心力，引起機(jī)床振動(dòng)、軸承磨損等故障。因此，高速主軸系統(tǒng)的不平衡量嚴(yán)重影響著機(jī)床的加工精度和使用壽命，為保證機(jī)床的加工精度必須設(shè)法減小高速主軸系統(tǒng)的不平衡量。

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)平衡的任務(wù)就是確定高速主軸系統(tǒng)不平衡量的大小和方向，然后在其相反的方向某一半徑處加一平衡質(zhì)量，使附加不平衡量與主軸系統(tǒng)不平衡量的大小相等、方向相反，以減小或消除高速主軸系統(tǒng)的不平衡量。轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡技術(shù)通常分為工藝動(dòng)平衡、現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡、在線動(dòng)平衡。工藝動(dòng)平衡是指在動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行的平衡；現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡是指轉(zhuǎn)子在實(shí)際工作的條件下，利用一些現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和分析設(shè)備對(duì)轉(zhuǎn)子實(shí)施的平衡操作；在線動(dòng)平衡是指在機(jī)組不停機(jī)的狀態(tài)下，利用一種自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)平衡的方法。

在線動(dòng)平衡可在主軸工作轉(zhuǎn)速下自動(dòng)識(shí)別不平衡量的大小和相位，并自動(dòng)完成平衡工作，與傳統(tǒng)的平衡方法相比，具有避免頻繁開關(guān)機(jī)試重，提高平衡效率和精度，同時(shí)可根據(jù)機(jī)床加工工況的改變等因素的影響，對(duì)不平衡量實(shí)施自動(dòng)平衡的優(yōu)點(diǎn)。因此高速主軸系統(tǒng)自動(dòng)在線平衡越來(lái)越得到人們的關(guān)注。

目前，通過(guò)控制轉(zhuǎn)子上的質(zhì)量重新配置，通過(guò)質(zhì)量補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡調(diào)節(jié)的動(dòng)平衡裝置主要有：噴涂型、噴液型、激光去重型以及電磁型等。其中噴涂型、噴液型和激光去重型自動(dòng)平衡法存在平衡精度低等問題，難于在高速高精度旋轉(zhuǎn)設(shè)備中應(yīng)用；電磁型在線動(dòng)平衡技術(shù)由于其機(jī)械執(zhí)行部件及控制系統(tǒng)復(fù)雜、穩(wěn)定性差、效率低及成本偏高等缺點(diǎn)，也難于在工程實(shí)際中應(yīng)用。其他相關(guān)裝置多具有結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，尤其是軸向尺寸較大，難以在現(xiàn)有的機(jī)床上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用等缺點(diǎn)。因此，研究結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向尺寸較小，準(zhǔn)確可靠，實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)現(xiàn)有機(jī)床主軸系統(tǒng)改動(dòng)不大的動(dòng)平衡裝置及其控制系統(tǒng)，對(duì)于高速精密超精密加工具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有高速主軸在線動(dòng)平衡裝置結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，軸向尺寸較大，難以在現(xiàn)有的機(jī)床上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，且多用于單平面平衡等缺點(diǎn)，提出了一種液壓驅(qū)動(dòng)、摩擦力矩實(shí)現(xiàn)差速并穩(wěn)定，可置于主軸箱內(nèi)部的高速主軸雙面在線動(dòng)平衡裝置及其控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有工作原理簡(jiǎn)單、機(jī)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)、軸向尺寸小、無(wú)電磁干擾等特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種內(nèi)置式高速主軸雙面在線動(dòng)平衡裝置，包括有兩個(gè)平衡頭，平衡頭采用對(duì)稱式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每個(gè)平衡頭包括兩個(gè)平衡盤合成所需調(diào)節(jié)的不平衡量；其特征在于：

所述的平衡頭包括兩個(gè)平衡盤1、嚙合齒座2、復(fù)位簧片3、油囊4，油囊架12；嚙合齒座2兩側(cè)對(duì)稱分布著平衡盤1，嚙合齒座2和平衡盤1之間通過(guò)嚙合齒來(lái)嚙合，兩個(gè)平衡盤1內(nèi)側(cè)對(duì)稱布置有三個(gè)油囊支架12，油囊支架12上的通孔連接有油囊4，油囊4與平衡盤1之間裝一承摩簧片5上，平衡盤1上有構(gòu)成不平衡量的缺口，平衡盤1的外側(cè)布置且沿主軸周向均勻分布的三個(gè)復(fù)位簧片3，一側(cè)的復(fù)位簧片3由簧片連接環(huán)10相連并與主軸固定；

平衡盤1具有構(gòu)成不平衡量的缺口及單向嚙合齒6，單向嚙合齒6沿平衡盤齒1圈周向均勻分布，嚙合齒座2具有雙向嚙合齒7，與平衡盤1的嚙合齒相配合，其通過(guò)圓柱銷15與主軸8固定；平衡盤1與嚙合齒座2通過(guò)復(fù)位簧片3及油囊4-承摩簧片5機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)嚙合或分離；

三個(gè)復(fù)位簧片3通過(guò)連接螺釘9與簧片連接環(huán)10固定連接，構(gòu)成復(fù)位簧片組；平衡盤1、復(fù)位簧片組與主軸連接；四個(gè)平衡盤1對(duì)應(yīng)四組復(fù)位簧片組，分為內(nèi)外各兩組，內(nèi)復(fù)位簧片組Z1用于兩內(nèi)側(cè)平衡盤的復(fù)位、壓緊，空套于主軸上，由軸肩定位；外復(fù)位簧片組Z2用于兩外側(cè)平衡盤的復(fù)位、壓緊，并空套于主軸上，由兩鎖緊螺母16進(jìn)行定位及調(diào)節(jié)預(yù)緊力；

油管接頭11與油囊架12連接，通過(guò)油囊架12內(nèi)部油路對(duì)油囊供油，油囊4、承摩簧片5均與油囊架12固定連接；油囊架12與主軸箱體14通過(guò)連接螺栓13連接；承摩簧片5位于油囊4與平衡盤1之間，且油囊4內(nèi)低油壓時(shí)，承摩簧片5與平衡盤1不接觸，平衡盤1與嚙合齒座2嚙合；油囊4內(nèi)高油壓時(shí)，油囊4的膨脹力通過(guò)承摩簧片5作用于平衡盤，推動(dòng)平衡盤1與嚙合齒座2分離。