CN217980662U - 动平衡监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动平衡监控系统，它包括：控制单元；驱动装置，所述驱动装置耦接所述控制单元；旋转构件；动平衡装置；第一传感器；第二传感器；所述控制单元根据所述第一感测信号与该第二感测信号，计算所述旋转构件的不平衡量，所述控制单元利用所述旋转构件和/或所述动平衡装置的不平衡量计算出所述第一平衡单元与所述第二平衡单元的第一平衡位置与第二平衡位置；所述控制单元通过所述第一制动单元带动所述第一制动机构控制所述第一平衡单元转动到所述第一平衡位置，再由所述第二制动单元带动所述第二制动机构控制所述第二平衡单元转动到所述第二平衡位置。利用机台主轴转动时产生的动力带动两个偏心环，以达成自动动平衡。

Description

动平衡监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种振动监控技术领域，尤其涉及一种旋转主轴偏心振动监控系统，可设置于机台的旋转主轴上以实现动平衡的监控。

背景技术

在工具机(一般指机床)产业的发展中，以磨床、车床、铣床等具有旋转主轴的工具机为其主要的核心。然而，在加工的过程中，由于材质的不均匀以及加工与装配过程中产生的误差，经常会导致工具机的旋转主轴产生偏心的情况。因此，在旋转的过程中将产生偏心外力并经由支撑轴承传递至加工表面及机台上，这种情况将会引起异常的振动或噪音，并且也会导致加工精度降低并大幅地缩短工具机的工作寿命。

当偏心的状况产生时(例如砂轮机之砂轮片磨耗及剥落导致其质量分布不均)，将产生旋转轴径向的振动。其中一种校正偏心的方式是利用磨齿机并通过动平衡技术校正砂轮之偏心，这种方式必须先将机台停机并测量砂轮偏心量与偏心位置，再适当地修补砂轮片使其达到动平衡。另外一种方式则是利用目前市面上常用的主动式动态平衡校正器，其主要是通过分析系统振动信号以计算得到偏心量与偏心位置，并自动将校正质量块放置在与偏心位置相反之相位以达到系统动平衡。

一般来说，现有技术存在的问题点如下：1、系统构造复杂，体积庞大和零组件多，制造组装精度要求高，成本与售价昂贵；2、技术上常通过马达与齿轮组装在转动轴上，产生的旋转离心力限制了最高转速；3、系统构造上的电气传输接头容易受到切削液伤害，尤其是高腐蚀性切削液。因此，如何提出一种振动监控系统，能够有效改善现有技术需要停机进行校正，或需要额外的电力供应调控等问题，且结构、装配简单便是目前极需努力的目标。

实用新型内容

基于上述，本实用新型提供一种动平衡监控系统，通过机台主轴转动时产生的动力带动两个平衡单元，以达成自动动平衡；整体动平衡装置不需要致动器与齿轮传动组可大幅降低成本，系统构造简单且组装精度容易控制，机构可靠度高，允许旋转转速高。

为了达成上述目的，本实用新型提供一种动平衡监控系统，它包括：

控制单元；

驱动装置，所述驱动装置耦接所述控制单元；

旋转构件，所述旋转构件耦接所述控制单元与所述驱动装置；

动平衡装置，所述动平衡装置耦接所述旋转构件，通过所述旋转构件的动力带动运作；所述动平衡装置包含第一制动单元、第一制动机构、第二制动单元、第二制动机构、第一平衡单元、第二平衡单元以及第三传感器；

第一传感器，所述第一传感器耦接到所述旋转构件或所述动平衡装置；当所述旋转构件带动所述动平衡装置运作时，所述第一传感器感测关联所述旋转构件与所述动平衡装置的第一感测信号，所述第一传感器将所述第一感测信号传至所述控制单元；

第二传感器，所述第二传感器耦接到所述旋转构件或所述动平衡装置；当所述旋转构件带动所述动平衡装置运作时，所述第二传感器感测关联所述旋转构件或所述动平衡装置的第二感测信号，所述第二传感器将所述第二感测信号传至所述控制单元；

所述控制单元根据所述第一感测信号与该第二感测信号，计算所述旋转构件的不平衡量，所述控制单元利用所述旋转构件和/或所述动平衡装置的不平衡量计算出所述第一平衡单元与所述第二平衡单元的第一平衡位置与第二平衡位置；

所述控制单元通过所述第三传感器的第三感测信号监测所述第一平衡单元与所述第二平衡单元的位置，所述控制单元通过所述第一制动单元带动所述第一制动机构控制所述第一平衡单元转动到所述第一平衡位置，再由所述第二制动单元带动所述第二制动机构控制所述第二平衡单元转动到所述第二平衡位置，用以达成动平衡。

优化地，所述旋转构件设有旋转轴与研磨装置，所述研磨装置耦接于所述旋转轴，所述旋转轴带动所述研磨装置。

优化地，所述第一传感器为振动传感器，所述第一感测信号为所述旋转构件与所述动平衡装置的振动值，所述第二传感器为编码器，所述第二感测信号为所述旋转构件或所述动平衡装置的旋转角度。

优化地，所述动平衡装置的所述第一平衡单元与所述第二平衡单元设置于延伸轴上，由所述旋转构件所产生的动力来带动所述延伸轴，同时带动所述第一平衡单元与所述第二平衡单元。

优化地，所述控制单元根据所述第一感测信号与所述第二感测信号计算出所述第一平衡单元的所述第一平衡位置与所述第二平衡单元的所述第二平衡位置后，所述控制单元将发出第一控制命令与第二控制命令分别给所述第一制动单元与第二制动单元用以控制所述第一制动机构与第二制动机构，且所述控制单元驱动所述驱动装置用以控制所述旋转构件转动至相对应的位置。

优化地，所述动平衡装置的所述第一制动机构与所述第二制动机构是以摩擦力机制来控制所述第一平衡单元与所述第二平衡单元应转动到的位置；或，所述动平衡装置的所述第一制动机构与所述第二制动机构是以机构卡榫来控制所述第一平衡单元与所述第二平衡单元应转动到的位置。

优化地，所述动平衡装置还包含第四传感器，所述控制单元通过所述第三传感器的所述第三感测信号与所述第四传感器的第四感测信号，分别监测和控制所述第一平衡单元转动到所述第一平衡位置和所述第二平衡单元转动到所述第二平衡位置。

本实用新型利用机台主轴转动时产生的动力带动两个偏心环，以达成自动动平衡。使用CNC控制器的主轴伺服控制功能，省去驱动马达、齿轮组与马达驱动器，成本大幅降低。且通过转动调整二个平衡单元的位置，不需要任何致动器与齿轮传动组，构造简单且组装精度容易控制，机构可靠度高，允许旋转转速高。

附图说明

图1为本实用新型平衡监控系统的方块示意图一；

图2为本实用新型平衡监控系统的方块示意图二；

图3为本实用新型平衡监控系统的方块示意图三；

图4为本实用新型平衡监控系统的方块示意图四；

图5A为本实用新型平衡装置未作动的实施示意图；

图5B为图5A的俯视图；

图6A为本实用新型平衡装置刹车状态的实施示意图；

图6B为图6A的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步描述。

图1至图4为动平衡监控系统的方块示意图。本申请动平衡监控系统，应用于具旋转主轴的机台，包括：控制单元100、驱动装置200和旋转构件300。

该控制单元100为具旋转主轴的机台控制器。驱动装置200耦接控制单元100，该驱动装置200应用上为机台的主轴马达。旋转构件300耦接该控制单元100与该驱动装置200，该旋转构件300设有旋转轴310与研磨装置320，该研磨装置320耦接于该旋转轴310，该旋转轴310带动该研磨装置320；实施应用上，该旋转轴310为机台的主轴心轴，该研磨装置320为砂轮。

动平衡监控系统还包括动平衡装置500，该动平衡装置500耦接该旋转构件300，通过该旋转构件300的动力带动运作。该动平衡装置500包含第一制动单元510、第一制动机构511、第二制动单元520、第二制动机构521、第一平衡单元530、第二平衡单元540及第三传感器550。实施应用上，该动平衡装置500的第一平衡单元530与第二平衡单元540设置在延伸轴560上，由该旋转构件300的旋转轴310所产生的动力来带动该延伸轴560，同时带动该第一平衡单元530与该第二平衡单元540。

动平衡监控系统还包括第一传感器410，该第一传感器410耦接到该旋转构件300(如图1和图3所示)或该动平衡装置500(如图2和图4所示)。当该旋转构件300(旋转轴310与研磨装置320)带动该动平衡装置500运作时，该第一传感器410感测关联该旋转构件300和该动平衡装置500的第一感测信号411，该第一传感器410将该第一感测信号411传至该控制单元100。动平衡监控系统还包括第二传感器420，该第二传感器420耦接到该旋转构件300(如图1和图3所示)或该动平衡装置500(如图2和图4所示)。当该旋转构件300(旋转轴310)带动该动平衡装置500运作时，该第二传感器420感测关联该旋转构件300或该动平衡装置500的第二感测信号421，该第二传感器420将该第二感测信号421传至该控制单元100。实施应用上，该第一传感器410为振动传感器，如加速规；该第一感测信号411为该旋转构件300与该动平衡装置500的振动值。该第二传感器420为编码器，该第二感测信号421为该旋转构件300或该动平衡装置500的旋转角度，也就是该第二感测信号421为该研磨装置320的旋转角度。在本实用新型的实施例中，该控制单元100会根据实际需求，利用该第二感测信号421计算出该旋转构件300或该动平衡装置500的旋转角度或位置。

该控制单元100根据该第一感测信号411与该第二感测信号421，计算该旋转构件300(旋转轴310与研磨装置320)和/或该动平衡装置500的不平衡量；该控制单元100利用该旋转构件300或该动平衡装置500的不平衡量计算出该第一平衡单元530与该第二平衡单元540的偏心配重应该的转动位置，即该第一平衡单元530与该第二平衡单元540的第一平衡位置与第二平衡位置。

该控制单元100通过该第三传感器550(如图1和图2所示)的第三感测信号551计算该第一平衡单元530与该第二平衡单元540的位置；实施上该第三传感器550为原点传感器，用以监测该第一平衡单元530与该第二平衡单元540在该延伸轴560上的相对位置。该控制单元100根据该第一感测信号411与该第二感测信号421计算出该第一平衡单元530的第一平衡位置与该第二平衡单元540的第二平衡位置后，该控制单元100将发出第一控制命令110与第二控制命令120分别给该第一制动单元510与第二制动单元520用以控制该第一制动机构511与第二制动机构520；且该控制单元100驱动该驱动装置200用以控制该旋转构件300中的旋转轴310与研磨装置320转动至相对应的位置。该控制单元100通过该第一制动单元510带动该第一制动机构511控制该第一平衡单元530转动到该第一平衡位置；再由该第二制动单元520带动该第二制动机构521控制该第二平衡单元540转动到该第二平衡位置，用以达成动平衡。控制单元100可以采用CNC机台控制器，其包括但不限于市售具有主轴伺服控制功能用的CNC机台控制器，型号如FANUC Series 0i-MODEL F、MITSUBISHICNC M80、SIEMENS SINUMERIK 828D、SYNTEC 22TA等，可以进行上述的计算和控制。

图5A、图5B、图6A和图6B为该动平衡装置500的实施示意图。实施应用上，该第一制动单元510与第二制动单元520为两个电磁铁组件，该第一制动机构511与第二制动机构512为两个煞车连杆，该第一平衡单元530与第二平衡单元540为两个平衡环。该第一制动单元510与第二制动单元520分别控制该第一制动机构511、第二制动机构512与该第一平衡单元530、第二平衡单元540的对应接触，用以控制该第一平衡单元530与第二平衡单元540不再随着该延伸轴560转动，以调整该第一平衡单元530与第二平衡单元540在该延伸轴560偏心配重位置。

实施应用时，该动平衡装置500的第一制动机构511、第二制动机构521是以机构卡榫来分别控制第一平衡单元530、第二平衡单元540应转动到的位置。图5A和图5B为该第一制动机构511与第二制动机构512未作动时的状态，图6A和图6B为该第二制动单元520带动该第二制动机构512作动的状态；通过凹槽卡合方式来固定，用以控制住该第二平衡单元540，而该延伸轴560由该旋转构件300(旋转轴310)所产生的动力来带动转动到应转动的位置，控制该第二平衡单元540转动到该延伸轴560上该第二平衡位置，用以达成动平衡。控制该第一平衡单元530的原理是相同的。

相类似的作用原理，实施应用时，该动平衡装置500的该第一制动机构511与该第二制动机构521可以通过摩擦力机制来控制该第一平衡单元530与该第二平衡单元540应转动该延伸轴560到的位置。

实施应用时，该动平衡装置500除设有该第三传感器550外，进一步包含第四传感器570(如图3及图4所示)，该控制单元100通过该第三传感器550的第三感测信号551与该第四传感器570的第四感测信号571，分别监测及控制该第一平衡单元530转动到该第一平衡位置和该第二平衡单元540转动到该第二平衡位置。该第四传感器570为原点传感器。

实施应用时，本申请的作动方法流程为：

1、该控制单元100根据耦接到该旋转构件300或该动平衡装置500的第一传感器410及第二传感器420分别传出感测的第一感测信号411与第二感测信号421，也就是该第一感测信号411为该旋转构件300与该动平衡装置500的振动值，该第二感测信号421为该旋转构件300或该动平衡装置500的旋转角度或位置。

2、该控制单元100根据第一传感器410及第二传感器420测量该旋转构件300与该动平衡装置500的振动值，以及该旋转构件300或该动平衡装置500的旋转角度或位置，计算该旋转构件300及/或该动平衡装置500的不平衡量。

3、该控制单元100利用该旋转构件300和/或该动平衡装置500的不平衡量计算出该第一平衡单元530与该第二平衡单元540的转动位置，即该第一平衡位置与该第二平衡位置。

4、该控制单元100通过该第三传感器550的第三感测信号551(另一实施例中包含通过该第四传感器570的第四感测信号571)监测该第一平衡单元530与该第二平衡单元540在延伸轴560上的相对位置，该控制单元100通过该第一制动单元510带动该第一制动机构511控制该第一平衡单元530转动到该第一平衡位置；再由该第二制动单元520带动该第二制动机构521控制该第二平衡单元540转动到该第二平衡位置，用以达成动平衡。

本申请利用主轴转动时产生的动力带动两个平衡单元，以达成自动动平衡。使用CNC机台控制器的主轴伺服控制功能(即控制单元100可以采用CNC机台控制器，其包括但不限于市售具有主轴伺服控制功能用的CNC机台控制器，型号如FANUC Series 0i-MODEL F、MITSUBISHI CNC M80、SIEMENS SINUMERIK828D、SYNTEC 22TA等，可以进行上述的计算和控制)，省去驱动马达、齿轮组与马达驱动器，成本大幅降低。整体动平衡装置通过主动转动调整二个平衡单元的位置，不需要任何致动器与齿轮传动组，系统构造简单且组装精度容易控制，机构可靠度高，允许旋转转速高，以提升工作效率。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种动平衡监控系统，其特征在于，它包括：

控制单元；

驱动装置，所述驱动装置耦接所述控制单元；

旋转构件，所述旋转构件耦接所述控制单元与所述驱动装置；

动平衡装置，所述动平衡装置耦接所述旋转构件，通过所述旋转构件的动力带动运作；所述动平衡装置包含第一制动单元、第一制动机构、第二制动单元、第二制动机构、第一平衡单元、第二平衡单元以及第三传感器；

第一传感器，所述第一传感器耦接到所述旋转构件或所述动平衡装置；当所述旋转构件带动所述动平衡装置运作时，所述第一传感器感测关联所述旋转构件与所述动平衡装置的第一感测信号，所述第一传感器将所述第一感测信号传至所述控制单元；

第二传感器，所述第二传感器耦接到所述旋转构件或所述动平衡装置；当所述旋转构件带动所述动平衡装置运作时，所述第二传感器感测关联所述旋转构件或所述动平衡装置的第二感测信号，所述第二传感器将所述第二感测信号传至所述控制单元；

所述控制单元根据所述第一感测信号与该第二感测信号，计算所述旋转构件的不平衡量，所述控制单元利用所述旋转构件和/或所述动平衡装置的不平衡量计算出所述第一平衡单元与所述第二平衡单元的第一平衡位置与第二平衡位置；

所述控制单元通过所述第三传感器的第三感测信号监测所述第一平衡单元与所述第二平衡单元的位置，所述控制单元通过所述第一制动单元带动所述第一制动机构控制所述第一平衡单元转动到所述第一平衡位置，再由所述第二制动单元带动所述第二制动机构控制所述第二平衡单元转动到所述第二平衡位置，用以达成动平衡。

2.根据权利要求1所述的动平衡监控系统，其特征在于：所述旋转构件设有旋转轴与研磨装置，所述研磨装置耦接于所述旋转轴，所述旋转轴带动所述研磨装置。

3.根据权利要求1所述的动平衡监控系统，其特征在于：所述第一传感器为振动传感器，所述第一感测信号为所述旋转构件与所述动平衡装置的振动值，所述第二传感器为编码器，所述第二感测信号为所述旋转构件或所述动平衡装置的旋转角度。

4.根据权利要求1所述的动平衡监控系统，其特征在于：所述动平衡装置的所述第一平衡单元与所述第二平衡单元设置于延伸轴上，由所述旋转构件所产生的动力来带动所述延伸轴，同时带动所述第一平衡单元与所述第二平衡单元。

5.根据权利要求1所述的动平衡监控系统，其特征在于：所述控制单元根据所述第一感测信号与所述第二感测信号计算出所述第一平衡单元的所述第一平衡位置与所述第二平衡单元的所述第二平衡位置后，所述控制单元将发出第一控制命令与第二控制命令分别给所述第一制动单元与第二制动单元用以控制所述第一制动机构与第二制动机构，且所述控制单元驱动所述驱动装置用以控制所述旋转构件转动至相对应的位置。

6.根据权利要求1所述的动平衡监控系统，其特征在于：所述动平衡装置的所述第一制动机构与所述第二制动机构是以摩擦力机制来控制所述第一平衡单元与所述第二平衡单元应转动到的位置；或，所述动平衡装置的所述第一制动机构与所述第二制动机构是以机构卡榫来控制所述第一平衡单元与所述第二平衡单元应转动到的位置。

7.根据权利要求1所述的动平衡监控系统，其特征在于：所述动平衡装置还包含第四传感器，所述控制单元通过所述第三传感器的所述第三感测信号与所述第四传感器的第四感测信号，分别监测和控制所述第一平衡单元转动到所述第一平衡位置和所述第二平衡单元转动到所述第二平衡位置。

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