CN104964794B - 一种主轴动平衡双平面等效力平衡调节方法 - Google Patents

Abstract

一种主轴动平衡双平面等效力平衡调节方法，属于高速主轴在线动平衡技术领域。是由同心且并列的两组质量组块产生质量偏心，主轴旋转时，由质量偏心产生与主轴自身的动不平衡力位置相同、大小相等、方向相反的平衡力，执行校正主轴的动不平衡；具体为：标定两组质量组块在主轴内孔中的轴向位置l_A、l_B；两组质量组块所在的与主轴垂直的径向平面所受离心力F_D等效分解为两组动平衡质量组块所在位置的等效力F_Aˊ、F_Bˊ；计算动平衡质量组块所需产生的平衡力F_A、F_B及矢量方向θ_A、θ_B，计算大小质量块调整角度β₁、β₂。本发明能在未知质量组块安装位置的条件下标定、计算每个质量块所需调整的角度，从而调节主轴的动不平衡状态。

Description

一种主轴动平衡双平面等效力平衡调节方法

技术领域

本发明属于高速主轴在线动平衡技术领域，特别是涉及一种主轴动平衡双平面等效力平衡调节方法。

背景技术

高速数控机床是装备制造业的技术基础和发展方向之一，高速数控机床的技术水平高低是衡量一个国家制造业水平高低的标志。主轴是所有旋转加工的数控机床中最为关键的部件之一，其性能对整台机床的加工精度、可靠性等都有至关重要的影响。旋转不平衡是影响主轴回转精度的主要因素之一，在主轴上实现动平衡已成为一项不可或缺的关键技术,它是以提高主轴的回转精度、可靠性及使用寿命为奋斗的终极目标。因此，寻找有效的主轴动平衡调节方法是高速数控机床主轴动平衡系统考虑的重要问题。针对内置式双面动平衡调节技术一直是行业内的难点。首先，内置式动平衡装置需要放置在主轴内部随主轴旋转，由于主轴工艺孔空间一般都很狭小，将动平衡装置安放到固定位置具有相当的难度。动平衡装置安装位置任何一个参数的不确定都会使得动平衡装置无法使用，难以满足主轴动平衡需要。再者，由于高速数控机床主轴高速旋转，而主轴动平衡状态需要实时保证，如何在极短的时间内完成主轴动不平衡状态的调整具有挑战性。目前，国内外还未发现一种适合于主轴内置式双平面动平衡装置实现主轴动平衡调节的方法。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种主轴动平衡双平面等效力平衡调节方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明一种主轴动平衡双平面等效力平衡调节方法，是由同心且并列的两组质量组块产生质量偏心，主轴旋转时，由质量偏心产生与主轴自身的动不平衡力位置相同、大小相等、方向相反的平衡力，执行校正主轴的动不平衡；

具体包括以下步骤：

①标定两组质量组块在主轴内孔中的轴向位置l_A、l_B；

②双平面受力等效分解：双平面指两组质量组块所在的与主轴垂直的径向平面，在主轴动不平衡所产生离心力矢量所在平面内，以两组动平衡质量组块所在位置l_A或l_B及已知离心力F_D所在位置l_D为基点，离心力F_D的矢量方向为θ，根据杠杆原理，将离心力F_D等效分解到两组动平衡质量组块所在位置的等效力F_A'、F_B'；

③计算平衡力矢量：根据等效力的大小计算动平衡质量组块所需产生的平衡力F_A、F_B及矢量方向θ_A、θ_B，该矢量方向与等效力成180度夹角关系；其中F_A＝F_A'，F_B＝F_B'，θ_A＝θ_B＝180-θ；

④计算大小质量块调整角度：动平衡质量组块大、小质量块所产生的离心力f₁、f₂，得到f₁、f₂的合力f，合力f即为F_A或F_B，由方程组

得到f₁、f₂与合力f的矢量夹角α₁，α₂；

将大、小质量块所产生的离心力f₁、f₂的矢量方向与调整前的矢量方向之间的夹角β₁、β₂及方向定义为质量块的调整值，其中夹角β₁、β₂小于180度，调整方向为使夹角β₁、β₂缩小的旋转方向。

进一步地，所述标定是在主轴低速旋转的情况下，通过一个质量组块的大、小质量块调整，使得该质量组块所在的调整面A面或B面产生已知离心力F₁或F₀，通过测量计算得到该位置点在轴向上与近端轴套固定端的距离l_A或l_B，即校正面的位置，同样道理可知另一个质量组块校正面的位置l_B或l_A。

本发明的有益效果为：

本发明针对内置式双平面动平衡装置实现主轴动平衡的调节，适合各种主轴运行工况。从所获特性可知该方法可用于主轴动平衡调整系统以提高高速主轴的回转精度，从而实现高质量零件的加工。

本发明的调节方法简单、高效，能在未知质量组块安装位置的条件下标定质量组块、计算质量组块中每个质量块所需调整的角度，从而调整质量组块调节主轴的动不平衡状态。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的双平面等效调节方法示意图；

图2为本发明具体实施方式的位置参数标定方法示意图；

图3为本发明具体实施方式的质量矢量调整方式示意图；

图4为本发明具体实施方式的质量调整组块大小质量块所产生离心力与其合力矢量关系原理示意图；

图5为本发明的流程图；

A、B质量组块平面中心，C标定时不平衡力F的作用点，D工作时主轴产生的动不平衡力作用位置，l_A、l_B表示A、B质量组块平面所在轴向位置，m_A1、m_A2是A平面内大小质量块的偏心质量，m_B1、m_B2是B平面内大小质量块的偏心质量，α_A1，α_A2是A平面上大小质量块所产生离心力与合力的夹角，α_B1、α_B2是B平面上大小质量块所产生离心力与合力的夹角，β_A1、β_A2为A面内大小质量块需做调整的角度，β_B1、β_B2为B面内大小质量块需做调整的角度，V₁是标定时主轴的转速，V工作时主轴的转速，l_C为标定时测量的主轴离心力位置与坐标原点的距离。m₁m₂分别表示A平面或B平面的大小质量块的偏心质量，α₁、α₂是A平面或B平面上大小质量块所产生离心力与合力的夹角，夹角β₁、β₂表示A平面或B平面内大小质量块所需调整的角度。

具体实施方式

下面通过实施例和附图对本发明作进一步详述。

实施例：如图1所示，本发明主轴动平衡双平面等效力平衡调节方法，是由同心且并列的两组质量组块产生质量偏心，主轴旋转时，由质量偏心产生与主轴自身的动不平衡力位置相同、大小相等、方向相反的平衡力，执行校正主轴的动不平衡；

具体包括以下步骤：

①标定两组质量组块在主轴内孔中的轴向位置l_A、l_B；

②双平面受力等效分解：双平面指两组质量组块所在的与主轴垂直的径向平面，在主轴动不平衡所产生离心力矢量所在平面内，以两组动平衡质量组块所在位置l_A或l_B及已知离心力F_D所在位置l_D为基点，离心力F_D的矢量方向为θ，根据杠杆原理，将离心力F_D等效分解到两组动平衡质量组块所在位置的等效力F_A'、F_B'；

③计算平衡力矢量：根据等效力的大小计算动平衡质量组块所需产生的平衡力F_A、F_B及矢量方向θ_A、θ_B，该矢量方向与等效力成180度夹角关系；其中F_A＝F_A'，F_B＝F_B'，θ_A＝θ_B＝180-θ；

④计算大小质量块调整角度：动平衡质量组块大、小质量块所产生的离心力f₁、f₂，得到f₁、f₂的合力f，合力f即为F_A或F_B，由方程组

如图4所示，得到f₁、f₂与合力f的矢量夹角α₁，α₂；

将大、小质量块所产生的离心力f₁、f₂的矢量方向与调整前的矢量方向之间的夹角β₁、β₂及方向定义为质量块的调整值，其中夹角β₁、β₂小于180度，调整方向为使夹角β₁、β₂缩小的旋转方向。

所述标定是在主轴低速旋转的情况下，通过一个质量组块中同心且并列的两组质量组块的角度调整，使得该质量组块所在的调整面A面或B面产生已知离心力F₁或F₀，通过测量计算得到该位置点在轴向上与近端轴套固定端的距离l_A或l_B，即校正面的位置，同样道理可知另一个质量组块校正面的位置l_B或l_A。

Claims (1)

1.一种主轴动平衡双平面等效力平衡调节方法，其特征在于：是由同心且并列的两组质量组块产生质量偏心，主轴旋转时，由质量偏心产生与主轴自身的动不平衡力位置相同、大小相等、方向相反的平衡力，执行校正主轴的动不平衡；

具体包括以下步骤：

①标定两组质量组块在主轴内孔中的轴向位置l_A、l_B：在主轴低速旋转的情况下，通过一个质量组块的大、小质量块调整，使得该质量组块所在的调整面A面或B面产生已知离心力F₁或F₀，通过测量计算得到该位置点在轴向上与近端轴套固定端的距离l_A或l_B，即调整面的位置，同样道理可知另一个质量组块调整面的位置l_B或l_A；

②双平面受力等效分解：双平面指两组质量组块所在的与主轴垂直的径向平面，在主轴动不平衡所产生离心力矢量所在平面内，以两组动平衡质量组块所在位置l_A或l_B及已知离心力F_D所在位置l_D为基点，离心力F_D的矢量方向为θ，根据杠杆原理，将离心力F_D等效分解到两组动平衡质量组块所在位置的等效力F_A'、F_B'；

③计算平衡力矢量：根据等效力的大小计算动平衡质量组块所需产生的平衡力F_A、F_B及矢量方向θ_A、θ_B，该矢量方向与等效力成180度夹角关系；其中F_A＝F_A'，F_B＝F_B'，θ_A＝θ_B＝180-θ；

④计算大小质量块调整角度：动平衡质量组块大、小质量块所产生的离心力f₁、f₂，得到f₁、f₂的合力f，合力f即为F_A或F_B，由方程组

<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mn>1</mn> </msub> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub> <mi>f</mi> <mn>2</mn> </msub> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>2</mn> <mo>=</mo> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mn>1</mn> </msub> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>1</mn> <mo>=</mo> <msub> <mi>f</mi> <mn>2</mn> </msub> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>

得到f₁、f₂与合力f的矢量夹角α₁，α₂；

将大、小质量块所产生的离心力f₁、f₂的矢量方向与调整前的矢量方向之间的夹角β₁、β₂及方向定义为质量块的调整值，其中夹角β₁、β₂小于180度，调整方向为使夹角β₁、β₂缩小的旋转方向。