CN115284073A - 铣主轴传动轴三点支撑的动平衡测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了提供铣主轴传动轴三点支撑的动平衡测量装置及测量方法。该动平衡测量装置包括：一平衡底座，安装有固定支撑组件；固定支撑组件，用以支撑铣轴；一加速度传感器，用以采集铣轴转动时的振动信息；一补偿环，以配重形式安装在铣轴的指定校正面上。以上提供的动平衡测量装置，通过加速度传感器采集固定支撑组件所在位置的测量点在不平衡状态下的振动信息，以及通过补偿环的配重调节铣轴至平衡状态，从而根据振动信息获得动平衡量大小，由此方便并且准确地实现了对铣轴转动时动平衡的测量。
Description
技术领域
本申请涉及数控机床的技术领域，尤其涉及铣主轴传动轴三点支撑的动平衡测量装置及测量方法。
背景技术
国内数控立式铣车床刀架铣主轴转速性能同国外先进产品存在差距，造成差距的主要因素是国内没有针对刀架铣主轴的传动轴专用动平衡检测设备，通用采用的两点支撑动平衡机测试条件与传动轴工作工况差距较大，测量结果对实际工况导向性不强，无法满足当前铣主轴转速性能提升的需要。残余的不平衡量在高速旋转中产生离心惯性力，引起传动系统振动，影响主轴精度、轴承寿命，致使铣主轴转速性能无法进一步提升。
发明内容
有鉴于此，本申请提供铣主轴传动轴三点支撑的动平衡测量装置及测量方法，能够较为准确地测量动平衡。
第一方面，本申请提供铣主轴传动轴三点支撑的动平衡测量装置，包括：
一平衡底座，安装有固定支撑组件；
所述固定支撑组件，用以支撑铣轴；
一加速度传感器，用以采集所述铣轴转动时的振动信息；
一补偿环，以配重形式安装在所述铣轴的指定校正面上。
可选地，所述固定支撑组件包括固定支架、设置在所述固定支架上并用以套接在所述铣轴外周的轴承和螺接于所述固定支架上的紧固螺钉。
可选地，所述补偿环包括环体、设置在所述环体上的顶丝、螺栓，所述顶丝用以螺接定位在所述铣轴外周的顶丝，所述螺栓用以配重并螺接所述环体。
可选地，还包括设置在固定支撑组件上的温度传感器。
可选地，还包括用以驱动所述铣轴转动的绝对值编码器电机。
可选地，其特征在于，所述如权利要求1所述动平衡测量装置实施测量。
以上提供的动平衡测量装置，通过加速度传感器采集固定支撑组件所在位置的测量点在不平衡状态下的振动信息，以及通过补偿环的配重调节铣轴至平衡状态，从而根据振动信息获得动平衡量大小，由此方便并且准确地实现了对铣轴转动时动平衡的测量。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例提供的动平衡测量装置的剖视图。
图2为本申请实施例提供的动平衡测量装置的工作状态示意图。
图3为本申请实施例提供的固定支撑组件的剖视图。
图4为本申请实施例提供的补偿环的结构剖视图。
图5为本申请实施例提供的系统控制电路框图。
图6为信号处理及程序计算过程的流程图。
其中，图中元件标识如下：
1-平台底座；2-固定支撑；3-辅助支撑；4-铣轴；5-绝对值编码器电机；6-加速度传感器；7-温度传感器；10-补偿环。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
参考图1、2，本铣主轴传动轴三点支撑的动平衡测量装置包括以下部分：平台底座1、固定支撑2、辅助支撑3、铣轴4、绝对值编码器电机5、加速度传感器6、温度传感器7、补偿环10构成。
从右往左看，固定支撑2安装在平台底座1的两端，辅助支撑3安装在平台底座1的中端，由于二者均对铣轴4形成支撑，二者共同构成固定支撑组件。，
绝对值编码器电机5直接与铣轴4一端相连，固定支撑2和辅助支撑3上都垂直安装有加速度传感器6、水平安装有温度传感器7，补偿环10安装在轴上。在铣轴4上截取3段为校正面1，校正面2，校正面3，在各个校正面上都装有补偿环10。绝对值编码器电机5将动力输入后带动铣轴4旋转，采用垂直安装在支撑上的加速度传感器6采集测试不平衡量引起的振动信号，采用影响系数法逐次在校正面上加试重进行试验，最终得到不平衡量。在试验过程中,固定支撑2和辅助支撑3上布置有温度传感器7，当测试过程中如若温度过高系统将会停机，对铣轴4进行保护。
如图3，辅助支撑3的结构包括紧定螺钉11、固定支架12，轴承13。铣轴4上套有轴承13，轴承13上套有固定支架12，固定支架12下端可旋入不同端头直径的紧定螺钉11，紧定螺钉11顶住并支撑轴承13，从而做到支撑刚度可调。
如图4，补偿环10结构包括顶丝14，螺栓15，补偿环10的周向定位由顶丝14来实现，顶丝14的对侧有螺纹孔，根据试验把最终所需质量大小的螺栓15拧入螺纹孔中，使装置达到动平衡的状态。
值得说明的是，采用本申请上述动平衡测量装置的计算过程可以是通过搭载有已知算法或计算模型的计算机辅助工具来完成。参考图5，系统控制电路由传感器及控制电路，被控对象，计算机及电源系统等部分组成，转子在旋转时因不平衡产生的振动信号由传感器接收，经调制电路整形、滤波、放大，传至数据采集卡，再经采集卡A/D转换后传送到工控机。整个信号处理及程序结算过程流程图如图6。
下面介绍本申请上述动平衡测量装置的工作过程。该测量的工作过程包括以下步骤，再次参考图2，以三个校正面和三个测量点(对应于固定支撑组件的数量为三个)为例来说明。
S1、指定3个校正面，3个测量点(分别布置在支撑工件的轴承13上)，和并指定平衡转速。
S2、在该平衡转速下记下以上各个测试点的振动幅值。
S3、将已知重量的试加质量G1(每个校正面的试加质量≠最终计算出每个校正面最终平衡质量)安装在校正面1上指定的方向和半径上。
S4、同S2操作。
S5、将校正面1上的试加质量取下，在校正面2上安装已知重量的试加重量G2，将其安装在校正面2的指定方向和半径上。
S6、同S2操作
S7、将校正面2上的试加质量取下，在校正面3上安装已知重量的试加重量G3，将其安装在校正面3的指定方向和半径上。
S8、同(2)。
S9、计算影响系数。
S10、建立影响系数方程。
S11、计算。
S12、在校正面上安装补偿环10即校正质量平衡块，启动转子，并在相同平衡转速下测取各测点的剩余振动。若各测点的剩余振动已经达到平衡要求，则平衡结束。否则，以加校正质量后的剩余振动为新的原始振动，返回(1)。
2.整体计算过程
1)各项参数
各平衡面试重：G1、G2、G3
各测点振动：Aij(i表示第几个测点，j表示平衡面)
参数表示为第j校正面试加质量后第i测点所测得振动
原始振动：Aio(i表示第几个测点)
参数表示为各校正面均未加试加质量时各测点测出的振动。
影响系数：aij(i表示第几个测点，j表示平衡面)
aij＝(Aij-Aio)/Gj
参数表示为第j校正面试加质量对第i测点振动所产生的的影响。
其物理意义是：在第j平衡面的零相位处单位试加重量对第i测点
所产生的振动。
不平衡量：Ui(i表示第几个测点，)
Ui即最后所需的各平衡面上所需平衡的不平衡量
2)平衡方程：
影响系数法的平衡目标是：各平衡面上校正面上不衡量U对同一测点所产生的振动叠加在一起，恰好抵消该测点的原始振动，即：
ai1 U1+ai2 U2+ai3U3+…aijUj＝-Ai0
对本实验台所有的测点得到具有3个未知数、3个方程的复系数线性方程组，
a11 U1+a12 U2+a13U3＝-A10
a21 U1+a22 U2+a23U3＝-A20
a31 U1+a32 U2+a33U3＝-A30
三个线性方程中
已知量：aij、gj、AiO
未知量：Ui
三个未知数三个方程上述方程组有唯一的解，可求得校正，理论上可以使各测点振动减少到零，从而消除动平衡。由于上述各元素都为复数，要求将其转化为实数形式分别为实部和虚部部分，解矩阵方程可得原始不平衡的大小和位置。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种铣主轴传动轴三点支撑的动平衡测量装置，其特征在于，包括：
一平衡底座，安装有固定支撑组件；
所述固定支撑组件，用以支撑铣轴；
一加速度传感器，用以采集所述铣轴转动时的振动信息；
一补偿环，以配重形式安装在所述铣轴的指定校正面上。
2.根据权利要求1所述动平衡测量装置，其特征在于，所述固定支撑组件包括固定支架、设置在所述固定支架上并用以套接在所述铣轴外周的轴承和螺接于所述固定支架上的紧固螺钉。
3.根据权利要求1所述动平衡测量装置，其特征在于，所述补偿环包括环体、设置在所述环体上的顶丝、螺栓，所述顶丝用以螺接定位在所述铣轴外周的顶丝，所述螺栓用以配重并螺接所述环体。
4.根据权利要求1所述动平衡测量装置，其特征在于，还包括设置在固定支撑组件上的温度传感器。
5.根据权利要求1所述动平衡测量装置，其特征在于，还包括用以驱动所述铣轴转动的绝对值编码器电机。
6.一种铣主轴传动轴三点支撑的动平衡测量方法，其特征在于，所述如权利要求1所述动平衡测量装置实施测量。
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