CN105345041A - 具有自动平衡机构的高速主轴装置 - Google Patents

Abstract

一种具有自动平衡机构的高速主轴装置，包括驱动电机及与驱动电机输出轴连接的主轴，其特征在于所述的主轴两端分别设有支撑座，每个支撑座内设有能感知主轴是否平衡的动平衡测试单元，前述的动平衡测试单元与一计算机连接，所述主轴的外壁依次成型有第一斜槽、第二斜槽和第三斜槽，所述的主轴上设有平衡调整机构。与现有技术相比，本发明具有调整快速，整体结构简单，易于实现的优点。

Description

具有自动平衡机构的高速主轴装置

技术领域

本发明涉及一种高速主轴装置。

背景技术

目前，主轴具有转速高、运行精度高、加工效率高的特点，高速主轴转速和精度的提高是以高精度动平衡为前提的。尽管主轴在出厂时会进行离线动平衡调节，但是由于主轴工作时的高速旋转会带来离心膨胀作用，也会破坏主轴的动平衡。当高速运转的主轴处于不平衡状态时，其系统内部蝶形弹簧、拉杆、轴承等诸多组件会受热力耦合作用，且呈现强烈的各向异性及非线性特征，这直接导致了高速下不平衡状态的逐渐演变、加剧。此外，离线平衡后，变工况、变刀、磨损等导致新的不平衡。

显然，若每次都采用传统离线停机动平衡的方式来消除微小失衡量，这对加工效率将造成极大的影响，破坏了高效加工的原则，在现代化加工中是无法接受的。

其它高速主轴自动动平衡装置，多为对失衡主轴进行去重加工，使主轴从失衡状态回归平衡状态。这样做可能会对主轴造成损坏，不利于主轴的长期利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种具有自动平衡机构的高速主轴装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种具有自动平衡机构的高速主轴装置，包括驱动电机及与驱动电机输出轴连接的主轴，其特征在于所述的主轴两端分别设有支撑座，每个支撑座内设有能感知主轴是否平衡的动平衡测试单元，前述的动平衡测试单元与一计算机连接，所述主轴的外壁依次成型有第一斜槽、第二斜槽和第三斜槽，所述的主轴上设有平衡调整机构，该平衡调整机构至少包括

第一调整电机，受控于前述计算机，该第一调整电机的动力输出端设有第一丝杆；

第一调节环，套设于前述第一斜槽外周并与第一斜槽导向配合且能在主轴外壁轴向移动；

第一移动杆，一端与前述第一丝杆的端部螺纹配合，另一端与第一调节环一侧活动连接；

第二调整电机，受控于前述计算机，该第二调整电机的动力输出端设有第二丝杆；

第二调节环，套设于前述第二斜槽外周并与第二斜槽导向配合且能在主轴外壁轴向移动；

第二移动杆，一端与前述第二丝杆的端部螺纹配合，另一端与第二调节环一侧活动连接；

第三调整电机，受控于前述计算机，该第三调整电机的动力输出端设有第三丝杆；

第三调节环，套设于前述第三斜槽外周并与第三斜槽导向配合且能在主轴外壁轴向移动；

第三移动杆，一端与前述第三丝杆的端部螺纹配合，另一端与第三调节环一侧活动连接；以及

定向杆，平行主轴布置，该定向杆贯穿通过前述的第一移动杆、第二移动杆及第三移动杆。

所述的第一斜槽可以是环形封闭环，并且，第一斜槽内布置有多个滚珠，其中之一的滚珠与第一调节环通过固定销连接。进一步，所述滚珠布满第一斜槽，相邻滚珠彼此接触。

所述的第一斜槽可以是螺旋线直角槽或封闭的环形角槽，所述的第一调节环内侧设有一能在前述第一斜槽内滑动的连接销。

进一步，所述的螺旋线直角槽至少为三圈。

进一步，所述的调节环上均开设有调节孔。

进一步，所述的主轴上设有一与动平衡测试单元相连的平衡测试连接环。

针对细长的主轴，所述的平衡调整机构为一对，分别布置于主轴两端。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过三个调节环的自动调整，在不同工况下，能自动调节主轴平衡的高速主轴平衡装置，有效的控制失衡状态，同时延长了主轴的使用寿命，调整快速，整体结构简单，易于实现。

附图说明

图1为实施例1结构示意图。

图2为图1中主轴放大结构示意图。

图3为实施例1中放大第一调节环结构示意图。

图4为实施例1中放大的滚珠安装剖视图。

图5为实施例1主轴动平衡平衡状态结构示意图。

图6为实施例1主轴动平衡失衡状态结构示意图。

图7为实施例1主轴动平衡调节失衡后状态结构示意图。

图8为实施例2中主轴结构示意图。

图9为实施例2中第一调节环结构示意图。

图10为实施例2中第一调节环与主轴装配剖视图。

图11为实施例3中第一调节环与主轴装配剖视图。

图12为实施例4中调节环与主轴安装结构示意图。

图13为实施例5中调节环与主轴安装结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1，如图1～图7所示，高速主轴装置包括驱动电机51及与驱动电机输出轴52连接的主轴6，驱动电机51的输出轴52与主轴6通过联轴器53相邻。主轴6两端分别设有支撑座5，每个支撑座5内设有能感知主轴6是否平衡的动平衡测试单元。支撑座5、驱动电机51设于基板54上。

主轴6上设有一与动平衡测试单元相连的平衡测试连接环55，平衡测试连接环55具有定位块，可以定位失衡位置。动平衡测试单元与计算机56连接，主轴6的外壁依次成型有第一斜槽61、第二斜槽61a和第三斜槽61b，主轴6上设有平衡调整机构，该平衡调整机构包括第一调整电机4、第一调节环1、第一移动杆2、第二调整电机4a、第二调节环1a、第二移动杆2a、第三调整电机4b、第三调节环1b、第三移动杆2b及定向杆7。

第一调整电机4受控于计算机56，第一调整电机4的动力输出端设有第一丝杆3；第一调节环1套设于第一斜槽61外周并与第一斜槽61导向配合且能在主轴6外壁轴向移动；第一移动杆2一端与第一丝杆3的端部螺纹配合，另一端与第一调节环1一侧活动连接。

第二调整电机4a受控于计算机56，该第二调整电机4a的动力输出端设有第二丝杆3a；第二调节环1a套设于第二斜槽61a外周并与第二斜槽61a导向配合且能在主轴6外壁轴向移动；第二移动杆2a一端与第二丝杆3a的端部螺纹配合，另一端与第二调节环1a一侧活动连接。

第三调整电机4b受控于计算机56，该第三调整电机4b的动力输出端设有第三丝杆3b；第三调节环1b套设于第三斜槽61b外周并与第三斜槽61b导向配合且能在主轴6外壁轴向移动；第三移动杆2b一端与第三丝杆3b的端部螺纹配合，另一端与第三调节环1b一侧活动连接。

定向杆7通过支座71平行主轴6布置于计算机56外壳上，该定向杆7贯穿通过第一移动杆2、第二移动杆2a及第三移动杆2b。定向杆7起到导向作用，可以保证每个移动杆不会前后摆动。

第一斜槽61为环形封闭环，并且，第一斜槽61内布置有多个滚珠62，其中之一的滚珠62与第一调节环1通过固定销连接。滚珠62布满第一斜槽61，相邻滚珠62彼此接触，为无缝相连。这样滚珠在主轴高速转动时，若调节环不进行主轴的轴向运动，滚珠也不会与主轴之间产生相对移动，同时因为主轴与滚珠完全相切，主轴在进行高速转动时，滚珠不会在第一斜槽中发生跳动现象，可以保证主轴在转动情况上，整体上不会发生径向失衡情况。

第一调节环的内径与主轴上第一斜槽内滚珠组形成的外径相切，同时第一调节环同时至少与3个以上滚珠保持接触，可操持调节环不会在主轴高速转动时产生径向跳动。

为了达到将滚珠安装进主轴的第一斜槽的效果，在第一斜槽一处加工一个滚珠置入孔，当滚珠全部置入完成时，用相匹配的楔子将第一斜槽封闭。

第一调节环1上均开设有调节孔11。如图3所示，开有三个调节孔11，呈120°均匀布置。

本实施例中的第二调节环1a、第三调节环1b、第二斜槽61a和第三斜槽61b结构参考第一调节环1和第一斜槽61。

本实施例中的第一调节环1、第二调节环1a及第三调节环1b外径存在差异，不同外径的调节环在主轴6失衡后，三个调节环产生的失衡系数会不同，可更多变的对主轴6进行调节。

如图5所示，在高速主轴6平衡装置工作情况下，初始状态整个主轴6处于平衡状态，主轴的重心、调节环的重心及整体重心均处于中心点位置A，三个调整电机未启动。

如图6所示，当高速主轴6在运转一段时间后，由于高速动作离心膨胀作用，产生了失衡现象，主轴的重心、调节环的重心及整体重心均处于中心点位置则偏离原来的位置，在偏心位A1。

平衡测试连接环55将信号提供给动平衡测试单元，经计算机56运算，快速得出通过第一调节环1、第二调节环1a、第三调节环1b的调节使主轴6重新平衡的方案，然后启动三个调整电机，调节三个调节环位置，使主轴6高速运转重新平衡，见图7所示，此时，主轴重心处于偏心为B，整体重心处于中间的B1，而调节环重心处于偏心位B2。

实施例2，如图8～图10所示，本实施例中的第一斜槽61为螺旋线直角槽，第一调节环1内侧设有一能在第一斜槽61内滑动的连接销63，螺旋线直角槽至少为三圈，第二斜槽61a也为螺旋线直角槽，第三斜槽61b也为螺旋线直角槽，螺旋线直角槽连成一体，三个调节环位于同一个螺旋线直角槽内。本实施例中的第二调节环1a、第三调节环1b参考第一调节环1，其他结构参考实施例1。

实施例3，如图11所示，本实施例中第一斜槽61为封闭的环形直角槽，第二斜槽61a、第三斜槽61b分别独立设置，本实施例中的第二调节环1a、第三调节环1b、第二斜槽61a和第三斜槽61b结构参考第一调节环1和第一斜槽61。其他结构参考实施例2。

实施例4，如图12所示，本实施例中的三个调节环采用一样的外径，便于统一制造，可减少物料的种类，减少加工的成本。

实施例5，如图13所示，本实施例中的主轴6较长，平衡调整机构为一对，分别布置于主轴6两端。如单一端的测试平衡较为迟钝，自动平衡过程也较为缓慢，在主轴6的另一端再安装一套调节环，即两端各三个调节环，当发现失衡现象时，可高效调整失衡状态达到平衡。其他结构参考实施例1。

Claims (8)

1.一种具有自动平衡机构的高速主轴装置，包括驱动电机及与驱动电机输出轴连接的主轴，其特征在于所述的主轴两端分别设有支撑座，每个支撑座内设有能感知主轴是否平衡的动平衡测试单元，前述的动平衡测试单元与一计算机连接，所述主轴的外壁依次成型有第一斜槽、第二斜槽和第三斜槽，所述的主轴上设有平衡调整机构，该平衡调整机构至少包括

第一调整电机，受控于前述计算机，该第一调整电机的动力输出端设有第一丝杆；

第一调节环，套设于前述第一斜槽外周并与第一斜槽导向配合且能在主轴外壁轴向移动；

第一移动杆，一端与前述第一丝杆的端部螺纹配合，另一端与第一调节环一侧活动连接；

第二调整电机，受控于前述计算机，该第二调整电机的动力输出端设有第二丝杆；

第二调节环，套设于前述第二斜槽外周并与第二斜槽导向配合且能在主轴外壁轴向移动；

第二移动杆，一端与前述第二丝杆的端部螺纹配合，另一端与第二调节环一侧活动连接；

第三调整电机，受控于前述计算机，该第三调整电机的动力输出端设有第三丝杆；

第三调节环，套设于前述第三斜槽外周并与第三斜槽导向配合且能在主轴外壁轴向移动；

第三移动杆，一端与前述第三丝杆的端部螺纹配合，另一端与第三调节环一侧活动连接；以及

定向杆，平行主轴布置，该定向杆贯穿通过前述的第一移动杆、第二移动杆及第三移动杆。

2.根据权利要求1所述的具有自动平衡机构的高速主轴装置，其特征在于所述的第一斜槽为环形封闭环，并且，第一斜槽内布置有多个滚珠，其中之一的滚珠与第一调节环通过固定销连接。

3.根据权利要求2所述的具有自动平衡机构的高速主轴装置，其特征在于所述滚珠布满第一斜槽，相邻滚珠彼此接触。

4.根据权利要求1所述的具有自动平衡机构的高速主轴装置，其特征在于所述的第一斜槽为螺旋线直角槽或封闭的环形角槽，所述的第一调节环内侧设有一能在前述第一斜槽内滑动的连接销。

5.根据权利要求4所述的具有自动平衡机构的高速主轴装置，其特征在于所述的螺旋线直角槽至少为三圈。

6.根据权利要求1所述的具有自动平衡机构的高速主轴装置，其特征在于所述的调节环上均开设有调节孔。

7.根据权利要求1所述的具有自动平衡机构的高速主轴装置，其特征在于所述的主轴上设有一与动平衡测试单元相连的平衡测试连接环。

8.根据权利要求1所述的具有自动平衡机构的高速主轴装置，其特征在于所述的平衡调整机构为一对，分别布置于主轴两端。