[發明專利]一種超精密直驅式靜壓主軸動平衡方法

有效

• 申請號: 201310268076.8
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103335783A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 張勇;付鵬強;張飛虎;梁迎春;張強;張龍江
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01M1/14
• 分類號: G01M1/14
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

技術領域

本發明涉及一種超精密靜壓主軸動平衡方法。

背景技術

隨著現代科學技術的迅猛發展，特別是航空、航天、國防、軍工等尖端科學技術的突飛猛進，這些產業對產品的穩定性和使用性能的要求越來越高，比較典型的就是在激光核聚變系統廣泛使用的KDP晶體器件，該晶體由于具有軟、脆、易潮解等特性，傳統的磨拋等光學加工方法不能用于大口徑KDP晶體的加工，目前單點金剛石飛刀切削加工是實現KDP晶體最終加工主要手段。切削加工是一種復制式加工，超精密機床的精度決定了零件的加工精度。因此，超精密加工機床是KDP晶體超精密加工的核心與關鍵，其中超精密主軸是超精密機床的核心部件，超精密靜壓主軸動平衡的好壞直接影響到超精密主軸的動態性能，同時影響到被加工零件的表面質量和制造精度。由于超精密主軸采用的是空氣或液體靜壓軸承，且其旋轉速度較低，如何對超精密低速靜壓主軸進行精密動平衡是目前噬待解決的巨大難題?，F有技術通過測量旋轉主軸軸承基座的振動特性來實現主軸動平衡的方法難以獲得較好的效果，因為超精密靜壓主軸轉子與定子之間是通過壓縮空氣或液壓油作為工作間質，轉子的不平衡特性通過工作介質后會產生較大的衰減，因此現有方法難以實現超精密主軸轉子的精密動平衡。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有方法不能實現超精密靜壓主軸轉子的精密動平衡問題，提供了一種超精密直驅式靜壓主軸轉子動平衡方法。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：

一種超精密直驅式靜壓主軸動平衡方法，所述測試方法是基于立式超精密直驅式靜壓主軸系統來進行的，在超精密直驅式靜壓主軸的輸入端部件的上端面加工錐形安裝基準面，檢測桿一端為標準球，將標準球直接安裝在錐形基準面上作為測量基準，采用高精度位移傳感器測量超精密直驅式靜壓主軸旋轉時標準球與高精度位移傳感器之間的位移變化，通過傳感器信號放大器放大成0-10V的信號后輸入動平衡儀，同時將光電測速儀測得的超精密直驅式靜壓主軸轉速信息輸入動平衡儀，通過動平衡儀對所測得的信息進行處理得到轉子不平衡質量和相位，在專用動平衡盤上根據動平衡儀指示的相位加入所需的平衡質量塊，從而實現超精密直驅式主軸轉子的動平衡操作。

上述標準球經過研磨拋光處理，材料為特種不銹鋼，拋光后的面形精度PV值優于λ/20(其中λ＝0.633μm)，表面粗糙度優于2nm；上述高精度位移傳感器為高分辨率電容傳感器，其位移分辨率優于1nm；上述直驅式靜壓主軸電機的轉子與主軸的轉子直接相連，中間沒有聯軸接等柔性環節，所述靜壓主軸為空氣靜壓或液體靜壓超精密主軸。

本發明的優點在于：采用標準球4作為測量基準對超精密靜壓主軸轉子的不平衡特性進行直接測量，測量信息不會因為受工作介質的隔離作用而產生衰減。測量獲得的信息為超精密主軸轉子的實際動態特性，采用該信號能夠實現超精密轉子的精密動平衡操作。由于測量基準球4通過檢測桿4-1后端的螺紋固定于中空主軸的內部臺階上，測量基準球與安裝錐面具有自定心特性，保證了主軸旋轉中心同測量基準球的旋轉中心能夠很好重合，消除了安裝誤差對測量結果造成的影響。該方法簡單易行，動平衡結果準確可靠，平衡精度高，可以實現對納米級精度直驅式超精密靜壓主軸的精密動平衡。

本發明由于采用標準球作為測量基準對超精密靜壓主軸轉子的不平衡特性進行直接測量，測量信息不會因為受工作介質的隔離作用而產生衰減。測量獲得的信息為超精密主軸轉子的實際動態特性，采用該信號能夠實現超精密轉子的精密動平衡操作。由于測量基準球通過檢測桿后端的螺紋固定于中空主軸的內部臺階上，測量基準球與安裝錐面具有自定心特性，保證了主軸旋轉中心同測量基準球的旋轉中心能夠很好重合，消除了安裝誤差對測量結果造成的影響。

附圖說明

圖1是本發明具體實施方式的整體結構示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1說明本實施方式，本實施方式中所述在線測試方法是基于包括立式超精密直驅式靜壓主軸系統、測量系統以及動平衡儀52來實現的；

立式超精密直驅式靜壓主軸系統包括伺服電機、超精密直驅式靜壓主軸(轉動部件，即轉子部分)、機床橫梁支撐板(機床橫梁蓋板)11、主軸軸套14(定子部分)、機床橫梁16和微進給刀架17；超精密直驅式靜壓主軸轉子由從上至下依次同軸設置的輸入端部件10、上止推盤12、軸心13、下止推盤15固接構成；伺服電機包括電機定子7、電機轉子9和機殼8；動平衡源信號測量系統由安裝在靜壓主軸后端的測量基準球4和高精度位移傳感器1以及傳感器信號放大器51組成；