CN115452127B - 一种滚齿机主轴振动激光测试装置 - Google Patents

一种滚齿机主轴振动激光测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于振动测试技术领域，公开了一种滚齿机主轴振动激光测试装置，包括固定在滚齿机机架上的振动台，振动台上设有测量主轴振动的第一激光测振仪和测量振动台振动的第二激光测振仪，所述振动台设有振动发生器，第一激光测振仪、第二激光测振仪和振动发生器均分别与激光测试装置的控制器相连，所述控制器获取第二激光测振仪的测量值，并形成抑制指令发送给振动发生器，振动发生器产生抑制振动，用以减弱滚齿机传递给对振动台的振动。本发明的有益效果是：通过第二激光测振仪测量振动台的振动，实时反馈调节振动台产生抑制振动，减弱或者抵消滚齿机传递给对振动台的振动，为第一激光测振仪提供平稳的测试环境。

Description

一种滚齿机主轴振动激光测试装置
技术领域
本发明属于振动测试技术领域中的激光振动测试技术范畴，尤其涉及应用于机床主轴振动测试的一种滚齿机主轴振动激光测试装置。
背景技术
滚齿加工是目前齿轮制造的最主要的加工方法，滚齿加工过程中外界激励引起的受迫振动和时变切削力引起的自激振动使得滚刀主轴与加工齿轮中心之间的距离发生细微变化，直接影响着滚齿机的加工性能，对于滚齿机而言这是难以控制也是无法避免的问题，设置不合适的加工工艺参数会加大滚刀主轴的振动，导致加工齿轮表面质量降、滚齿机加工精度降低，更甚者，若滚刀主轴的激振频率接近于滚刀主轴的固有频率时，会导致滚齿机床的共振，影响机床结构性能，因此对于主轴的振动测试是必要的。
现有技术中，对滚齿机主轴振动测试，主要采用在主轴上安装振动传感器的方式进行，这种方式受到机床振动的影响太大，不能准确的测试机床主轴的振动情况，同时现有的激光测振仪直接应用于机床主轴测试，同样存在受到机床振动的影响太大，不能准确的测试机床主轴的振动情况的技术问题。
发明内容
本发明要实现的目标是：解决现有技术中对滚齿机主轴振动测试，主要采用在主轴上安装振动传感器的方式进行，这种方式受到机床振动的影响太大，不能准确的测试机床主轴的振动情况，同时现有的激光测振仪直接应用于机床主轴测试，同样存在受到机床振动的影响太大，不能准确的测试机床主轴的振动情况的技术问题。
为了实现上述目标，本发明提供一种滚齿机主轴振动激光测试装置。
本发明所采用的具体技术方案为：
一种滚齿机主轴振动激光测试装置，包括固定在滚齿机机架上的振动台，振动台上设有测量主轴振动的第一激光测振仪和测量振动台振动的第二激光测振仪，所述振动台设有振动发生器，第一激光测振仪、第二激光测振仪和振动发生器均分别与激光测试装置的控制器相连，所述控制器获取第二激光测振仪的测量值，并形成抑制指令发送给振动发生器，振动发生器产生抑制振动，用以减弱滚齿机传递给对振动台的振动。
作为本发明的进一步改进，所述控制器获取第二激光测振仪的测量值，并形成抑制指令，遵循最小均方算法（Least mean square，LMS）：
Figure SMS_1
其中，式中的
Figure SMS_2
为输出值；
Figure SMS_3
为估计误差；
Figure SMS_4
权重更新值；
Figure SMS_5
为权矢量，其中k为权矢量的标记数，式中出现标记数均为相同的含义；
Figure SMS_6
为步长参数；
Figure SMS_7
为原始输入；
Figure SMS_8
为参考输入。
作为本发明的进一步改进，所述振动台包括固定在滚齿机机架上的底板，底板的一侧设有两个电动液压缸，另一侧设有基座，基座上固定有振动发生器，振动发生器和电动液压缸均通过铰接的方式连接在顶板的底面，所述第一激光测振仪固定在顶板的顶面，所述第二激光测振仪固定在底板的顶面。
作为本发明的进一步改进，所述第一激光测振仪通过第一调整支架固定在顶板的顶面，所述第二激光测振仪通过第二调整支架固定在底板的顶面。
作为本发明的进一步改进，所述控制器设置在便携式手提箱内，第一激光测振仪通过第一蓝牙模块与控制器连接，第二激光测振仪通过第二蓝牙模块与控制器连接。
作为本发明的进一步改进，所述振动发生器包括减速电动机，减速电动机的输出轴设有凸轮，凸轮远离减速电动机的输出轴的一侧设有调整块。
作为本发明的进一步改进，所述调整块包括若干片扇环状金属片，金属片的扇环面设有固定通孔，金属片通过螺栓穿过固定通孔固定在所述凸轮上。
作为本发明的进一步改进，所述减速电动机的输出轴套设有延长杆，延长杆的两端部固定有两个凸轮，延长杆远离减速电动机的一端设有支撑座，支撑座与延长杆通过轴承连接，延长杆的端部设有角速度传感器，用以监测凸轮的转速。
作为本发明的进一步改进，所述角速度传感器设有第三蓝牙模块，控制器通过第三蓝牙模块获取角速度传感器的测量值，反馈控制减速电动调整转速。
本发明的积极效果是：
本发明提供的一种滚齿机主轴振动激光测试装置，通过第二激光测振仪测量振动台的振动，实时反馈调节振动台产生抑制振动，通过两种反向振动的相互减弱或者抵消滚齿机传递给对振动台的振动，同时振动台的自身振动也减弱或者抵消，能够使得振动平台处于静止的平衡状态，为第一激光测振仪提供平稳的测试环境；第一激光测振仪通过振动台固定在滚刀机的机架上，还解决了现有技术中激光测振仪在机床测试中安装不方便的技术问题。
附图说明
图1是本发明所应用的滚齿机正面三维示意图；
图2是图1中所示本发明所应用的滚齿机反面三维示意图；
图3是图2中E处的放大图，为本发明的三维结构示意图；
图4是图3中所示本发明中振动台的正视图；
图5是图4中F处的放大图；
图6是本发明中振动发生器的结构示意图；
图例说明：1—主轴， 2—工件固定轴， 3—工作台，4—激光测试装置，5—机架，6—第二调整支架，7—底板，8—第一电动液压缸，9—第二电动液压缸，10—固定导轨，11—顶板，12—第一激光测振仪，13—第一夹座，14—支柱，15—第二夹座，16—振动发生器，1601—支座，17—基座，18—第二激光测振仪，19—液压管，20—活塞杆，21—第一铰接轴，22—U形支座，23—第二铰接轴，24—弹簧，25—滑座，26—偏心轴，27—固定通孔，28—调整块，29—延长杆，30—凸轮，31—螺栓，32—支撑座，33—减速电动机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述：
具体实施例：
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
实施例一：
一种滚齿机主轴振动激光测试装置4，包括固定在滚齿机机架上的振动台，振动台上设有测量主轴振动的第一激光测振仪12和测量振动台振动的第二激光测振仪18，振动台设有振动发生器16，第一激光测振仪18、第二激光测振仪18和振动发生器均16分别与激光测试装置的控制器相连，控制器获取第二激光测振仪18的测量值，并形成抑制指令发送给振动发生器16，振动发生器16产生抑制振动，用以减弱滚齿机传递给对振动台的振动。
具体的，振动台包括固定在滚齿机机架5上设有固定导轨10，固定导轨上设有底板7，底板7的一侧设有两个电动液压缸，分别为第一电动液压缸8和第二电动液压缸9，底板7的另一侧设有基座17，基座17顶面上固定有振动发生器16，基座17的内部为空腔，空腔内设有电动液压泵，第一电动液压缸8和第二电动液压缸9通过液压管19与电动液压泵连接，连接处设有电磁阀，电磁阀连接有蓝牙模组，电磁阀通过蓝牙模组与控制器连接，电磁阀的开启和关闭由控制器控制，第一电动液压缸8和第二电动液压缸9与顶板11的底面分别通过第一铰接轴轴21铰接在一起和电动液压缸均通过铰接的方式连接在顶板11的底面，顶板11的底面还设有U形支座22，U形支座22通过第二铰接轴23与振动发生器16的滑座25交接在一起，滑座25套设在振动发生器的支座1601上，并由弹簧24连接在基座17上，当凸轮30发生转动时，凸轮30带动滑座25在支座1601上做升降运动，实现对顶板施加抑制振动，第一激光测振仪12固定在顶板11的顶面，第二激光测振仪18固定在底板7的顶面。
进一步的，控制器获取第二激光测振仪的测量值，并形成抑制指令，遵循最小均方算法（Least mean square，LMS）：
Figure SMS_9
其中，式中的
Figure SMS_10
为输出值；
Figure SMS_11
为估计误差；
Figure SMS_12
权重更新值；
Figure SMS_13
为权矢量，其中k为权矢量的标记数，式中出现标记数均为相同的含义；
Figure SMS_14
为步长参数；
Figure SMS_15
为原始输入；
Figure SMS_16
为参考输入。
对于机床系统而言，机床系统的振动往往是各种非线性现象的综合，如电机振动、机架振动、加工工件时产生的振动，只不过有可能是某种非线性占主导，对于正弦响应来说，虽然消除了一种非线性特性，但是只要其他非线性存在，那么正弦响应中同样会存在高次谐波。因此对于机床系统而言，需要的是一种通用的谐波补偿控制策略，也就是说不管是由哪种非线性引起的，该控制策略均能对谐波进行抑制，自适应陷波技术来源于自适应噪声抵消，其理论基础是基于维纳滤波的最小均方误差算法。自适应陷波器用于消除混杂在有用信号中的加性正弦波干扰，它具有极其深的零点，对于每一干扰频率，等效于有一个复权的噪声抵消系统，通过同时调整干扰信号的相位与幅度，并以均方误差为准则，滤波过程中自动调整滤波器的权系数，使输出与目标函数的误差达到最小，从而达到对加性正弦波干扰的最佳陷波效果。
最小均方算法（Least Mean Square, LMS）是一种简单、应用为广泛的自适应滤波算法,是公知常识，在此不再累述，需要指出的是，其中，原始输入
Figure SMS_17
为机床空载时第二激光测振仪18测量的顶板的振动测量值M，参考输入
Figure SMS_18
为加工过程中第二激光测振仪18测量的顶板的振动测量值N，测量值经过
Figure SMS_19
权重更新值后，形成输出值
Figure SMS_20
为输出值，然后依据最小均方算法（Least mean square，LMS）得出抑制指令参考值，由控制器根据控制指令参考值，计算出振动抑制并波形的频率，并形成抑制指令发送给振动发生器产生抑制振动；
第一激光测振仪12通过第一调整支架固定在顶板11的顶面，第二激光测振仪18通过第二调整支架6固定在底板的顶面。
所述控制器设置在便携式手提箱内，第一激光测振仪12通过第一蓝牙模块与控制器连接，第二激光测振仪6通过第二蓝牙模块与控制器连接。
实施例二：
在实施例一的基础上，第一调整支架和第二调整支架6架构完全相同，均包括第一夹座13和第二夹座15，第一夹座13和第二夹座15通过支柱14连接在一起，第一夹座15固定在顶板或者底板上，第一夹座13和第二夹座15相互作用完成对第一激光测振仪12或者第二激光测振仪6的角度调整。
实施例三：
在实施例二的基础上，振动发生器16包括减速电动机33，减速电动机33的输出轴设有凸轮30，凸轮30远离减速电动机33的输出轴的一侧设有调整块28，调整块28包括若干片扇环状金属片，金属片的扇环面设有固定通孔27，金属片通过螺栓31穿过固定通孔27固定在凸轮30上，这样的设计可以实现通过改变调整块28的数量，来实现调整块重量的改变；
优选的，固定通孔27可以设置成椭长孔，这样可以实现调整块28相对于凸轮30旋转中心的位置改变，即改变调整块的旋转半径。
进一步的，减速电动机33的输出轴套设有延长杆29，延长杆29的两端部固定有两个凸轮，凸轮通过偏心轴26连接在一起，实现两个凸轮的同步转动，避免出现两个凸轮旋转时发生角度方向的位移，减少振动器自身对顶板11振动的影响，延长杆29远离减速电动机的一端设有支撑座32，支撑座32与延长杆通过轴承连接，延长杆的端部设有角速度传感器，用以监测凸轮的转速。
进一步的，所述角速度传感器设有第三蓝牙模块，控制器通过第三蓝牙模块获取角速度传感器的测量值，反馈控制减速电动调整转速。
前述内容已经宽泛地概述出各个实施例的一些方面和特征，其应该被解释为仅是各个潜在应用的说明。其他有益结果可以通过以不同方式应用公开的信息或通过组合公开的实施例的各个方面来获得。在由权利要求限定的范围的基础上，结合附图地参考对示例性实施例的具体描述可获得其他方面和更全面的理解。
上述实施例对本发明做了详细说明。当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述例子，相关技术人员在本发明的实质范围内所作出的变化、改型、添加或减少、替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种滚齿机主轴振动激光测试装置，包括固定在滚齿机机架上的振动台，振动台上设有测量主轴振动的第一激光测振仪和测量振动台振动的第二激光测振仪，所述振动台包括固定在滚齿机机架上的底板，底板的一侧设有两个电动液压缸，另一侧设有基座，基座上固定有振动发生器，振动发生器和电动液压缸均通过铰接的方式连接在顶板的底面，所述第一激光测振仪固定在顶板的顶面，所述第二激光测振仪固定在底板的顶面，第一激光测振仪、第二激光测振仪和振动发生器均分别与激光测试装置的控制器相连，其特征在于，所述控制器获取第二激光测振仪的测量值，并形成抑制指令发送给振动发生器，振动发生器产生抑制振动，用以减弱滚齿机传递给对振动台的振动，所述控制器获取第二激光测振仪的测量值，并形成抑制指令，遵循最小均方算法Least mean square，LMS：
Figure QLYQS_1
其中，式中的
Figure QLYQS_3
为输出值；
Figure QLYQS_6
为估计误差；
Figure QLYQS_8
权重更新值；
Figure QLYQS_4
为权矢量，其中k为权矢量的标记数，式中出现标记数均为相同的含义；
Figure QLYQS_7
为步长参数；
Figure QLYQS_10
为原始输入；
Figure QLYQS_12
为参考输入，其中，原始输入
Figure QLYQS_2
为机床空载时第二激光测振仪测量的顶板的振动测量值M，参考输入
Figure QLYQS_5
为加工过程中第二激光测振仪测量的顶板的振动测量值N，测量值经过
Figure QLYQS_9
权重更新值后，形成输出值
Figure QLYQS_11
为输出值，然后依据最小均方算法Least mean square，LMS得出抑制指令参考值，由控制器根据控制指令参考值，计算出振动抑制并波形的频率，并形成抑制指令发送给振动发生器差生抑制振动。
2.根据权利要求1所述一种滚齿机主轴振动激光测试装置，其特征在于，所述第一激光测振仪通过第一调整支架固定在顶板的顶面，所述第二激光测振仪通过第二调整支架固定在底板的顶面。
3.根据权利要求2所述一种滚齿机主轴振动激光测试装置，其特征在于，所述控制器设置在便携式手提箱内，第一激光测振仪通过第一蓝牙模块与控制器连接，第二激光测振仪通过第二蓝牙模块与控制器连接。
4.根据权利要求1至3其中任意一项所述一种滚齿机主轴振动激光测试装置，其特征在于，所述振动发生器包括减速电动机，减速电动机的输出轴设有凸轮，凸轮远离减速电动机的输出轴的一侧设有调整块。
5.根据权利要求4所述一种滚齿机主轴振动激光测试装置，其特征在于，所述调整块包括若干片扇环状金属片，金属片的扇环面设有固定通孔，金属片通过螺栓穿过固定通孔固定在所述凸轮上。
6.根据权利要求5所述一种滚齿机主轴振动激光测试装置，其特征在于，所述减速电动机的输出轴套设有延长杆，延长杆的两端部固定有两个凸轮，延长杆远离减速电动机的一端设有支撑座，支撑座与延长杆通过轴承连接，延长杆的端部设有角速度传感器，用以监测凸轮的转速。
7.根据权利要求6所述一种滚齿机主轴振动激光测试装置，其特征在于，所述角速度传感器设有第三蓝牙模块，控制器通过第三蓝牙模块获取角速度传感器的测量值，反馈控制减速电动调整转速。
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