一種主軸內(nèi)置機械式在線動平衡系統(tǒng)的調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高速主軸在線動平衡技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種主軸內(nèi)置機械式在線 動平衡系統(tǒng)的調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高速數(shù)控機床是裝備制造業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)和發(fā)展方向之一，高速數(shù)控機床的技術(shù)水 平高低是衡量一個國家制造業(yè)水平高低的標志。主軸是所有旋轉(zhuǎn)加工的數(shù)控機床中最為關(guān) 鍵的部件之一，其性能對整臺機床的加工精度、可靠性等都有至關(guān)重要的影響。旋轉(zhuǎn)不平衡 是影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素之一，在主軸上實現(xiàn)動平衡已成為一項不可或缺的關(guān)鍵技 術(shù)，它是以提高主軸的回轉(zhuǎn)精度、可靠性及使用壽命為奮斗的終極目標。在線動平衡的效 率和精度，結(jié)構(gòu)和安裝，以及是否產(chǎn)生附加不平衡等方面的技術(shù)問題的解決將是在線動平 衡裝置考慮的重要問題。但是，采取內(nèi)置式雙面動平衡技術(shù)一直是行業(yè)內(nèi)的難點。首先， 在線動平衡是指在主軸不停機的狀態(tài)下，動平衡的測量、計算及動平衡校正都需要實時實 現(xiàn)。然而，高速數(shù)控機床主軸的轉(zhuǎn)速大多為上萬轉(zhuǎn)，有的甚至達到十幾萬轉(zhuǎn)，而且功率較大。 內(nèi)置式動平衡裝置需要放置在主軸內(nèi)部隨主軸旋轉(zhuǎn)，因此測控系統(tǒng)的反應(yīng)速度、信號傳送、 供電等方面都難以滿足動平衡裝置的需求，如何采用正確的方法平衡各方面的不利并實 現(xiàn)主軸在線動平衡具有十分重要的作用。再者，由于一般主軸工藝孔空間狹小，而機械式動 平衡裝置結(jié)構(gòu)復雜，動平衡裝置調(diào)節(jié)過程中任何一個參數(shù)的不確定、不穩(wěn)定都會破壞主軸 原有特性，甚至附加主軸以新的動不平衡或影響主軸回轉(zhuǎn)精度。因此，采用適當?shù)姆椒▽崿F(xiàn) 主軸內(nèi)置機械式在線動平衡系統(tǒng)正常工作具有挑戰(zhàn)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種主軸內(nèi)置機械式在線動平衡系統(tǒng)的調(diào) 整方法。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
[0005] 本發(fā)明一種主軸內(nèi)置機械式在線動平衡系統(tǒng)的調(diào)整方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1 :安裝在線動平衡系統(tǒng)；
[0007] 步驟2:在線動平衡校正的標定：標定出兩調(diào)整平衡面軸向位置參數(shù)1A、1B;
[0008] 步驟3:進行動不平衡測量，計算得到動不平衡等效離心力FD及其位置1 D;
[0009] 步驟4 :進行主軸動不平衡校正：根據(jù)上述得到的參數(shù)計算得到質(zhì)量塊所需調(diào)整 的角度^或0 2，控制電機旋轉(zhuǎn)，調(diào)整相應(yīng)的質(zhì)量塊；
[0010] 步驟5:主軸動不平衡數(shù)據(jù)、質(zhì)量塊調(diào)整數(shù)據(jù)實時在工控機顯示器上顯示，實現(xiàn)整 個過程的實時監(jiān)控。
[0011] 進一步地，所述安裝在線動平衡系統(tǒng)，包括如下步驟：
[0012] 步驟1. 1 :將動平衡裝置安放到主軸內(nèi)孔中，固定穩(wěn)固漲環(huán)并使動平衡裝置固定 在主軸內(nèi)腔中，確保動平衡裝置與主軸回轉(zhuǎn)中心同心；
[0013] 步驟1. 2 :將兩個加速度傳感器分別固定在主軸軸套上，兩加速度傳感器中心連 線及主軸軸線構(gòu)成的平面垂直于水平面，測量加速度傳感器與主軸軸套一固定點之間的距 離1 2和1 6;
[0014] 步驟1. 3 :水平安裝相位傳感器，設(shè)置在對應(yīng)主軸中心標記線處，檢測識別主軸轉(zhuǎn) 動相位標記，相位傳感器測量中心與主軸中心線保持水平；
[0015] 步驟1. 4 :將電源架和固定架伸入主軸內(nèi)部并固定，電源架與電源環(huán)接觸，固定架 與天線環(huán)接近；
[0016] 進一步地，所述在線動平衡校正的標定，包括如下步驟：
[0017] 步驟2. 1 :低速啟動主軸旋轉(zhuǎn)至穩(wěn)定狀態(tài)；
[0018] 步驟2.2 :調(diào)整一個質(zhì)量組塊的大、小質(zhì)量塊，使得該質(zhì)量組塊所在的調(diào)整面A面 產(chǎn)生已知離心力F1;
[0019] 步驟2. 3 :加速度傳感器獲得動不平衡信號并將模擬信號傳遞給數(shù)據(jù)采集卡并計 算主軸動不平衡量，包括離心力F及其矢量方向和位置1。，該位置1。就是該校正平面距近 端固定位置距離1A;
[0020] 步驟2. 4 :依照以上2. 2-2. 3步驟計算另一校正面B面的位置1B;
[0021] 進一步地，所述進行動不平衡測量，包括如下步驟：
[0022] 步驟3. 1 :主軸工作狀態(tài)至穩(wěn)定；
[0023] 步驟3. 2 :加速度傳感器獲得動不平衡信號并將模擬信號傳遞給數(shù)據(jù)采集卡，信 號經(jīng)濾波、傅立葉變換最終提供給動不平衡檢測計算系統(tǒng)；
[0024] 步驟3. 3 :加速度信號經(jīng)幅頻轉(zhuǎn)換，然后提取與主軸轉(zhuǎn)速同頻率的信號，根據(jù)相位 傳感器傳回的信號對比測得的數(shù)據(jù)，確定測得同頻數(shù)據(jù)最大值所處矢量角度與主軸旋轉(zhuǎn)相 位標準位置的相位角0 ;
[0025] 步驟3. 4 :提取到的信號經(jīng)二次積分可知每個加速度傳感器處主軸軸套的最大變 形量和y6;
[0026] 步驟3. 5 :設(shè)定主軸軸套兩端固定位置位移為零，與加速度傳感器所處點通過四 點擬合成二次可導曲線，求出該曲線的導數(shù)為零位置的點的坐標D(x，y)，其在軸向X方向 上的坐標值1D為軸套最大變形值在軸向上的位置，y方向上的坐標值y4為軸套最大變形 值；
[0027] 步驟3. 6 :已知軸套彈性模量，根據(jù)胡克定律，求得產(chǎn)生最大變形值時軸套所受到 的徑向方向的力，該力即為動不平衡等效離心力FD;
[0028] 進一步地，所述進行主軸動不平衡校正，包括如下步驟：
[0029] 步驟4. 1 :已知兩個平衡面軸向位置參數(shù)1A、1B和主軸動不平衡等效離心力FD及 其位置1D，根據(jù)杠桿原理，計算求得兩個與Fd等效的動平衡力FA、Fb;
[0030] 步驟4. 2 :假設(shè)每組質(zhì)量塊的大、小質(zhì)量塊調(diào)整角度0i、0 2后可使大、小質(zhì)量塊 旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生離心力f\、f2的合力f與同一調(diào)整面所等效的離心力FA或FB大小相等、方向相 反，根據(jù)下面的二元一次方程組可計算得到為實現(xiàn)主軸動平衡而需調(diào)整質(zhì)量塊與合力的角 a丄、a 2，
[0031]
[0032] 已知合力f的矢量角度9 4或0B與主軸動不平衡等效離心力相位角0成180度， 計算得到調(diào)整后每個質(zhì)量塊所處的相位角；
[0033] 步驟4.3 :根據(jù)調(diào)整前質(zhì)量塊所處的相位角，計算得到質(zhì)量塊所需調(diào)整的角度 或02;
[0034] 步驟4. 4:根據(jù)質(zhì)量塊所需調(diào)整的角度和方向，計算電機所需旋轉(zhuǎn)的角度和方向， 將角度換算成脈沖數(shù)，控制電機旋轉(zhuǎn)，調(diào)整相應(yīng)的質(zhì)量塊。
[0035] 本發(fā)明的有益效果為：
[0036] 本發(fā)明適合安裝了內(nèi)置式動平衡裝置的各種主軸運行工況，實現(xiàn)主軸動不平衡狀 態(tài)的在線校正。利用該調(diào)整方法可實現(xiàn)高速主軸動平衡狀態(tài)的監(jiān)控、分析、調(diào)整，從所獲特 性可知該系統(tǒng)可提高高速主軸的回轉(zhuǎn)精度，從而實現(xiàn)高質(zhì)量零件的加工。
[0037] 本發(fā)明調(diào)整方法實用、可靠，可適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，而且損耗低、效率高。動平衡調(diào) 整功能全面，可實現(xiàn)剛性主軸、撓性主軸的在線動不平衡校正。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發(fā)明在線動平衡調(diào)整方法的流程圖。
[0039] 圖2為本發(fā)明調(diào)整方法適用的在線動平衡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0040] 圖3為本發(fā)明動不平衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041] 圖4為圖3中質(zhì)量調(diào)整組結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042] 圖5為圖3中大小質(zhì)量塊配合安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043] 圖6為圖3中穩(wěn)固漲環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044] 圖7為圖3中端蓋結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045] 圖8為本發(fā)明主軸與軸套的裝配關(guān)系及動平衡檢測儀器布置示意圖。
[0046] 圖9為主軸動平衡檢測計算的原理示意圖。
[0047] 圖10為本發(fā)明待測等效動不平衡離心力矢量方向的示意圖。
[0048] 圖11為本發(fā)明【具體實施方式】的雙平面等效調(diào)節(jié)方法示意圖。
[0049] 圖12為本發(fā)明的動平衡裝置安放位置標定計算的原理示意圖。
[0050] 圖13為本發(fā)明的單一校正面動平衡校正計算的原理示意圖。
[0051] 圖14為本發(fā)明【具體實施方式】的質(zhì)量調(diào)整組塊大小質(zhì)量塊所產(chǎn)生離心力與其合力 矢量關(guān)系原理示意圖。
[0052] 其中，1-穩(wěn)固漲環(huán)，2-動平衡質(zhì)量調(diào)整塊，3-電機，4-減速器，5-穩(wěn)固絎架，6-控 制腔，屏蔽罩，8_端蓋，9_大質(zhì)量塊，10-小質(zhì)量塊，11.漲片，12-電源環(huán)，13-缺口，14-天 線環(huán)，15-環(huán)形槽，16-通孔；17-軸套固定端I，18-加速度傳感器I，19-主軸，20-軸套， 21-軸承，22-加速度傳感器II，23-軸套固定II，24-主軸相位標志線，25-相位傳感器， 26-數(shù)據(jù)采集卡，27-工控機；