EA006408B1 - Устройство для измерения дебаланса - Google Patents

Abstract

Устройство для измерения дебаланса содержит шпиндельный узел (7) со шпиндельной бабкой (29) и шпиндель (11), установленный на шпиндельной бабке (29) с возможностью поворота вокруг оси (9) вращения и имеющий на одном из своих обоих концов зажим для закрепления измеряемого предмета. Шпиндельный узел (7) объединен в первый предварительно смонтированный блок вместе с электродвигателем (5), приводящим в движение шпиндель (11). Шпиндельная бабка со своей стороны прикреплена к станине (1) машины с помощью опорного кронштейна (49), причем опорный кронштейн (49) со своей стороны объединен во второй предварительно смонтированный блок вместе с сенсорным устройством (61), измеряющим при работе дебалансные силы. Для разъемного закрепления обоих блоков между собой предусмотрены индексно соответствующие соединительные элементы, например соединение (77) типа «ласточкин хвост». Так как оба блока смонтированы предварительно, то при ремонте они могут быть заменены на месте без требуемых дорогостоящих мероприятий по юстировке.

Description

Изобретение относится к устройству для измерения ротационного дебаланса предмета, например элемента машины или приспособления для крепления инструмента.

Шпиндели современных ротационных станков, например сверлильных или фрезерных станков, работают с очень высокими частотами вращения от 20000 об./мин и выше. При таких частотах вращения уже при незначительном дебалансе возникают высокие центробежные силы, которые не только нагружают подшипник шпинделя ротационного станка, но и уменьшают срок службы инструмента, а также ухудшают результат обработки. Поэтому перед применением на станках приспособление для крепления инструмента с посаженным инструментом или без него обычно уравновешивается на балансировочных машинах, которые, например, известны из АО 00/45983.

Для возможности точного измерения дебаланса уравновешиваемого предмета по величине и направлению, предъявляются высочайшие требования к уравновешенности и юстировке балансировочной машины, так как собственный дебаланс балансировочной машины может исказить результаты измерения. Способы значительного уменьшения собственного дебаланса балансировочной машины описаны в АО 00/45983.

В то время как при изготовлении балансировочной машины можно обеспечить высокую точность, соответствующая степень точности обычных машин в случае ремонта «на месте» не достигается. Отправка же балансировочной машины назад для точной заводской юстировки ввиду обычно большого общего веса машины связана с высокими затратами.

Задачей изобретения является демонстрация способа, как можно осуществить простой ремонт «на месте» устройства для измерения дебаланса.

Изобретение исходит из устройства для измерения ротационного дебаланса предмета, включающего в себя шпиндельный узел со шпиндельной бабкой и шпинделем, установленным на шпиндельной бабке с возможностью поворота вокруг оси вращения и имеющим на одном из своих концов зажим для закрепления предмета;

один опорный кронштейн, направляющий шпиндельную бабку в заданном направлении измерения дебалансирующих сил с возможностью отклонения и поперек заданного направления измерения дебалансирующих сил, но преимущественно жестко, для фиксирования шпиндельного узла на станине машины, приводной электродвигатель для вращения шпинделя и сенсорное устройство, измеряющее дебалансную силу в заданном направлении измерения при вращении шпинделя.

Улучшение согласно изобретению характеризуется тем, что шпиндельный узел и электродвигатель объединены в первый предварительно собранный общий блок, а опорный кронштейн и сенсорное устройство во второй предварительно собранный общий блок, и что оба блока имеют индексно соответствующие друг другу соединительные элементы для крепления блоков между собой с возможностью разъема в процессе эксплуатации.

При этом компоненты, влияющие на точность измерений, объединены с блоками, которые в зависимости от обстоятельств могут предварительно собираться, юстироваться в соответствии с требованиями и контролироваться, например, на заводе-изготовителе. В случае дефекта одного из блоков, дефектный блок может быть заменен на месте без необходимости проведения дополнительной юстировки. Индексно соответствующие друг другу соединительные элементы обеспечивают корректную взаимную ориентацию блоков между собой. В частности только с трудом транспортируемая станина, вследствие своего обычно большого веса, не может быть изменена на месте.

Оба блока могут иметь составные части балансировочной машины исключительно для балансировочных целей. Однако изобретение не ограничивается таким способом применения. Оба блока могут реализовывать балансировочную функцию также во взаимосвязи с другими машинами или приборами. Например, устройство для измерения дебаланса может являться составной частью устройства для посадки инструмента горячим натягом в приспособление для зажима инструмента, например, как это описано в АО 01/89758 А1. Предпочтительным также является соединение устройства для измерения дебаланса с устройством предварительной настройки инструмента, определяющим или регулирующим базовую длину инструмента, закрепленного в приспособлении для зажима. Наконец само устройство для измерения дебаланса может являться составной частью станка.

Следующей целью изобретения является улучшение уравновешенности устройства для измерения дебаланса. Оказывается, что электродвигатель, объединенный в один блок со шпиндельной бабкой, собственным возможным дебалансом может вызвать колебания, которые приведут к снижению точности измерения. Если электродвигатель в силу требований простоты механической конструкции расположен рядом со шпинделем эксцентрично относительно оси вращения шпинделя и закреплен на шпиндельной бабке, то электродвигатель через шпиндельную бабку оказывает влияние на сенсорное устройство консольным моментом, модулированным собственными возможными неуравновешенными колебаниями. Чтобы обеспечить как можно меньшее значение консольного момента, электродвигатель следует разместить на как можно меньшем расстоянии от сенсорного устройства с целью снижения плеча действующе- 1 006408 го момента. Если электродвигатель размещен таким образом, для выполнения данной цели нужно, чтобы плоскость, содержащая оси вращения электродвигателя и шпинделя, располагалась наклонно к осевой продольной плоскости шпинделя, перпендикулярной заданному направлению измерения.

Для уменьшения ошибки измерения вследствие неуравновешенных колебаний предпочтительно также, если электродвигатель и шпиндельная бабка прифланцованы к общему соединяющему их ярму с одной его стороны, особенно если дальний от зажимного закрепления конец шпинделя имеет приводное соединение с электродвигателем посредством замкнутого приводного ремня. Таким образом, приводной ремень может располагаться очень близко к соединительному ярму, что способствует механической стабильности и свободному от колебаний приводному соединению. Таким образом, не в последнюю очередь это дает очень простую и легко монтируемую механическую конструкцию первого блока.

Соединительный зажим шпиндельного узла целесообразно включает в себя пневматическое приводное устройство, описанное, например, в АО 00/45983. Однако конструкция подвода сжатого воздуха для пневматического приводного устройства может быть упрощена, если она содержит удерживаемое на шпиндельной бабке пневматическое вращающееся соединение, находящееся в постоянном зацеплении со шпинделем. В отличие от описания в АО 00/45983, можно отказаться от разъединения пневматического вращающегося соединения во время проведения измерения, если вращающееся соединение зафиксировано относительно шпиндельной бабки, направляющей шпиндель, следовательно вращающееся соединение не нагружается радиальными колебаниями шпинделя.

В предпочтительном варианте исполнения изобретения опорный кронштейн включает в себя два связанных друг с другом опорных элемента, имеющих возможность отклонения в заданном направлении измерения, один из которых соединяется со шпиндельной бабкой, а другой со станиной машины. Сенсорное устройство имеет по крайней мере один датчик усилия, расположенный между обоими опорными элементами. Такой блок является механически стабильным и способен защищенно разместить датчик усилия между обоими опорными элементами.

Опорные элементы могут быть расположены на некотором расстоянии друг от друга и удерживаться относительно друг друга по крайней мере одной дистанционной распоркой, жесткой вдоль промежутка между опорными элементами и гибкой поперек данного промежутка, по меньшей мере, в направлении измерения, в частности все же несколькими такими распорками. Такой опорный кронштейн является механически стабильным и может воспринимать момент от силы тяжести блока, в частности если направление измерения проходит горизонтально. Дистанционные распорки целесообразно сконструированы в виде пластинчатых пружин, плоскость которых проходит перпендикулярно направлению измерения, и являющихся при этом в основном гибкими исключительно в направлении измерения. Однако в связи с этим нужно указать на то, что дистанционные распорки должны быть гибкими лишь в очень незначительной степени, так как датчикам усилия, а речь может идти, например, о пьезоэлектрических датчиках усилия, для измерения усилия достаточно крайне малой амплитуды отклонения.

В принципе вместо пластинчатых пружин могут также использоваться дистанционные штифты или тому подобное. В зависимости от того, на каком расстоянии друг от друга расположены элементы опоры, они имеют предпочтительно парные, направленные друг к другу торчащие выступы, между которыми расположен датчик усилия.

Как вариант, опорные элементы опорного кронштейна могут быть расположены на некотором расстоянии друг от друга и удерживаться относительно друг друга по крайней мере одной дистанционной распоркой, гибкой вдоль промежутка между опорными элементами, определяющего направление измерения и в основном жесткой поперек данного промежутка. В данном исполнении опорные элементы, по меньшей мере, незначительно подвижны для измерения усилия вдоль промежутка между ними, во всяком случае более подвижны, чем в другом направлении, предназначенном для восприятия момента от силы тяжести первого блока.

В данном исполнении дистанционная распорка может быть выполнена, например, как и-образная витая изгибная пружина и по необходимости неразъемной с опорными элементами.

Для возможности измерения величин дебаланса, неравномерно распределенных вдоль оси вращения и приводящих при этом к колебательным движениям оси вращения шпинделя, сенсорное устройство предпочтительно имеет два датчика усилия, удерживаемых между обоими опорными элементами и расположенных на некотором расстоянии друг от друга в направлении оси вращения шпинделя. Датчики усилия целесообразно закреплены на опорных элементах зеркально относительно осевой продольной плоскости шпинделя перпендикулярной направлению измерения усилия так, что оба датчика постоянно либо прижимаются либо растягиваются одинаково направленными силами. Таким образом не может иметь место различие характеристик обоих датчиков, зависящих от направления действия сил, что приводит к улучшению точности измерения. Точность измерения в дальнейшем повышается, если к каждому датчику усилия присоединен пружинный элемент, предварительно сжатый датчиком в заданном направлении измерения усилия. За счет предварительного сжатия датчик усилия может точечно базироваться в направлении измерения, к примеру закрепляться между двумя выступами так, что поперечные силы, искажающие результат измерения, не смогут восприниматься датчиком усилия. Пружинный эле- 2 006408 мент также может быть расположен между двумя выступами, чтобы также избежать ошибки от поперечной силы.

В принципе датчик усилия и соответствующий пружинный элемент могут быть зажаты вместе между обоими опорными элементами. Разумеется при таком исполнении сила предварительного сжатия не регулируется независимо от силы реакции, оказывающей тем самым влияние на опорный кронштейн, например, на его пластинчатую пружину. Независимая от силы реакции на опорный кронштейн юстировка предварительного сжатия достигается, если датчик усилия и соответствующий ему пружинный элемент в серии друг с другом с предварительным сжатием опираются на один из двух опорных элементов, а другой опорный элемент опирается на датчик усилия по линии действия силы между датчиком усилия и пружинным элементом. При этом линия действия силы реакции пружинного элемента замыкается на данный опорный элемент, а не на его гибкую дистанционную распорку.

Соединительные элементы, которые соединяют оба блока друг с другом с возможностью разъема, обеспечивают индексное координирование оси вращения шпинделя в направлении измерения датчика усилия, а именно предпочтительно как в отношении расстояния, так и в отношении направления. В предпочтительном исполнении соединительные элементы обоих блоков имеют предназначенные для прилегания друг к другу стыковочные поверхности, которые способствуют заданному позиционированию соединительных элементов относительно друг друга в заданном направлении измерения и по крайней мере одном перпендикулярном ему направлении. Особенно точному и тем не менее легко разъемному соединению обоих блоков способствует соединительный элемент, выполненный в виде направляющей типа «ласточкин хвост», в частности если для фиксирования используется зажимное средство. Данная направляющая типа «ласточкин хвост» имеет парные направляющие поверхности, лежащие друг к другу под острым углом, которые позволяют точное позиционирование в двух координатных направлениях, перпендикулярных друг другу. В третьем координатном направлении целесообразно предусмотрен индексирующий концевой ограничитель перемещения в направлении смещения направляющей типа «ласточкин хвост». Так как конец шпинделя, имеющий фиксирующее крепление при любом регулировании, является свободно доступным, то монтаж первого блока значительно облегчится, если направление смещения направляющей типа «ласточкин хвост» проходит в направлении оси вращения шпинделя.

Следующим преимуществом направляющей типа «ласточкин хвост» является ее сравнительно низкая занимаемая площадь, поперечная плоскости разъема. Таким образом шпиндельный узел, а вместе с ним и электродвигатель, может быть размещен ближе к сенсорному устройству с целью снижения ошибки измерения вследствие дебалансирующего момента. В частности направляющая типа «ласточкин хвост» может иметь направляющие поверхности, одна из которых сформирована непосредственно на шпиндельной бабке, специально тогда, когда шпиндельная бабка имеет в основном цилиндрический внешний контур, который внешне охватывает направляющие поверхности направляющей типа «ласточкин хвост». Такая шпиндельная бабка, полностью включая направляющие поверхности направляющей типа «ласточкин хвост», может изготавливаться очень простым способом из цилиндрической трубы.

В принципе направляющая типа «ласточкин хвост» при монтировании блоков может заводится с их противолежащих торцов. Так как к блокам подключены в большом количестве еще электрические кабели или пневматические трубопроводы, длины которых должны учитывать расстояние смещения, благоприятнее, если направляющие поверхности направляющей типа «ласточкин хвост» имеют байонетные выемки, которые позволяют скреплять соединительные элементы поперек направления перемещения направляющей типа «ласточкин хвост». Данное исполнение не в последнюю очередь облегчает монтаж при стесненных условиях. Преследуется по возможности прямая связь шпиндельной бабки с сенсорным устройством. Это, например, достигается тем, что соединительные элементы предусмотрены на шпиндельной бабке опорного кронштейна.

Устройство для измерения дебаланса определяет как величину дебаланса, так и соответствующее ей угловое положение относительно оси вращения шпинделя. Обычные устройства для измерения дебаланса имеют два отдельных датчика угла поворота, первый из которых измеряет абсолютный угол поворота, а второй базовое положение шпинделя, то есть регистрирует угловое положение нулевой точки, относительно первого датчика, который должен измерять угол поворота. Необходимость предусмотреть два датчика угла поворота, повышает не только конструкционные затраты, но и усложняет монтаж, при котором необходимо юстировать оба датчика угла поворота. Более того, обычные датчики угла поворота часто установлены не непосредственно на шпинделе, а, например, на электродвигателе, что приводит к ошибкам измерения.

Под следующим аспектом изобретения, который имеет собственное значение, предусмотрено, что на одном из осевых концов шпинделя, в частности на конце, имеющем фиксирующее крепление для предмета, установлен элемент с кольцевой поверхностью, периметр которого снабжен магнитным или оптическим информационным источником, представляющим информацию как по углу поворота, так и по угловому положению нулевой точки, и что со шпиндельной бабкой соединена считывающая головка для приема данной информации. Таким образом шпиндель непосредственно несет информацию как о направлении вращения, так и об угловом положении нулевой точки, что оказывает влияние на точность

- 3 006408 сбора данных, а регистрирование этой информации осуществляется за счет единственного блока со считывающей головкой, что облегчает монтаж.

В случае информационного источника речь, например, может идти о покрытии из поддающегося намагничиванию материала, как у обычных магнитных лент; это также может быть непосредственно магнитная лента или лента с оптической информацией, например, шкала с отметками, наклеенная по периметру, например, цилиндрического элемента с кольцевой поверхностью.

Предпочтительно информационный источник несет два информационных сигнала, осевых друг к другу, которые отдельно воспринимаются считывающей головкой. Оба информационных сигнала могут также регистрироваться единым сигналом и различаться друг от друга своим информационным содержанием с возможностью электронного распознавания.

Если в случае информационного источника речь идет об участке магнитной ленты, наклеенной по периметру элемента с кольцевой поверхностью, то перед наклеиванием магнитная лента может быть снабжена намагниченными импульсами, представляющими собой градуировку по углу поворота. Данное предварительное намагничивание магнитной ленты перед ее установкой все же имеет недостаток, так как возможное растяжение магнитной ленты при наклеивании в дальнейшем приведет к ошибкам измерения. К последующим ошибкам измерения может также привести область стыка обоих концов магнитной ленты, соединяющихся друг с другом. Ошибку измерения в области стыка можно избежать, если концы магнитной ленты, соединяющиеся друг с другом, отрезаны в плоскости ленты наискось, следовательно место стыка будет лежать на сравнительно большом участке периметра. В таком случае, если информация об угле поворота и при необходимости информация об угловом положении нулевой точки записываются на этот участок магнитной ленты после ее приклеивания, то достигается очень высокая точность измерения угла, а именно в области косого стыка.

Оптический информационный источник может считываться по отраженному свету, то есть отраженно. Однако оптические датчики работают более безотказно в проходящем свете в сочетании с оптическим информационным источником, который считывается в проходящем, и может, например, иметь форму просвечиваемой кольцевой шайбы.

Предпочтительно кольцевой элемент имеет на своей поверхности, обращенной к шпинделю, оптические отметки угловых градусов для содействия ручной ориентации шпинделя при нанесении балансирных противовесов или выточек.

Далее примеры осуществления изобретения поясняются более подробно с помощью чертежей. На чертежах изображено на фиг. 1 - продольное осевое сечение балансировочной машины для приспособления крепления инструмента, вдоль линии Ι-Ι по фиг. 2;

на фиг. 2 - поперечное осевое сечение балансировочной машины вдоль линии ΙΙ-ΙΙ по фиг. 1;

на фиг. 3 - разрез балансировочной машины вдоль линии ΙΙΙ-ΙΙΙ по фиг. 2;

на фиг. 4 - схематичное представление направляющей типа «ласточкин хвост» балансировочной машины, вид сверху;

на фиг. 5 - фрагмент изображения кольцевого информационного источника;

на фиг. 6 - фрагмент изображения варианта кольцевого информационного источника;

на фиг. 7 - фрагмент изображения варианта балансировочной машины.

Представленная на фиг. 1-3 балансировочная машина имеет для устойчивости отлитый из тяжелого материала, например бетона или тому подобного, корпус 1, служащий станиной машины, который в доступной сверху камере 3 содержит шпиндельный узел 7, приводимый электродвигателем 5. Шпиндельный узел 7 имеет ротационный шпиндель 11 с вертикально расположенной осью 9 вращения, который на своем верхнем конце снабжен сменным в процессе эксплуатации соединительным адаптером 13 с посадочным отверстием 15, центрированным относительно оси 9 вращения, для присоединения уравновешиваемого унифицированного приспособления для крепления инструмента, обозначенного цифрой 17. В случае приспособления для крепления инструмента, речь может идти о традиционном вертикальном конусе для крепления инструмента или также о полом конусном зажиме. Шпиндель 11 выполнен в виде полого шпинделя и содержит приводное устройство 19, поясняемое ниже более подробно, которое с помощью цангового зажима 21 удерживает приспособление для крепления инструмента в соединительном адаптере 13 во время измерения дебаланса. Соединительный адаптер 13 прикреплен к шпинделю 11 винтами 23 и является взаимозаменяемым для соответствующего типа приспособления для крепления инструмента.

Шпиндель 11 установлен без зазора в цилиндрической шпиндельной бабке 29 с помощью двух шарикоподшипников 25, 27, расположенных на некотором расстоянии друг от друга в осевом направлении, причем осевой зазор в подшипнике компенсируется за счет предварительно сжатых пружин 31, а также пружинной гайки 33.

Электродвигатель 5 расположен эксцентрично к оси вращения 9, рядом со шпиндельным узлом 1 и прифланцован к шпиндельной бабке 29 на той же стороне в основном плоского соединительного ярма

35. Соединительное ярмо 35 имеет сквозное отверстие 37 для шкива 41, сидящего без прокручивания на валу 39 электродвигателя 5, а также другое сквозное отверстие 43 для шпинделя 11, который на своем конце, обращенном к соединительному адаптеру 13, снабжен другим шкивом 45. Ременный привод 47

- 4 006408 устанавливает приводное соединение между шкивами 41, 45 и тем самым между электродвигателем 5 и шпинделем 11. Так как приводной ремень 47 проходит вблизи соединительного ярма 35, приводное соединение является сравнительно жестким. Так как, как еще будет пояснено позднее, определение угла измеряемого вектора дебаланса осуществляется непосредственно на шпинделе 11, а не на электродвигателе как у традиционных устройств для измерения дебаланса, приводной ремень может в определенном объеме проскальзывать. Следовательно не нужно использовать дорогостоящие зубчатые приводные ремни без проскальзывания.

Блок, состоящий из электродвигателя 5 и шпиндельного узла 7, удерживается на корпусе 1 с помощью закрепленного на шпиндельной бабке 29 опорного крепления 49 с возможностью разъема. Опорное крепление 49 включает в себя два опорных элемента 51, 53 в основном плоской формы, которые расположены на расстоянии друг от друга через большое количество пружинных пластинчатых элементов 55 (фиг. 2) и закреплены друг с другом. Пружинные пластинчатые элементы 55 лежат в параллельной плоскости друг к другу и к оси вращения 9, таким образом пружинные пластинчатые элементы 55 в направлении между опорными элементами 51, 53, а также в вертикальном направлении являются жесткими, в то время как опорные элементы 51, 53 имеют возможность незначительного отклонения в горизонтальном направлении вследствие неуравновешенных центробежных сил. В окрестностях верхнего конца шпинделя 11 с одной стороны и в окрестностях нижнего конца шпинделя 11 с другой стороны между опорными элементами 51, 53, каждый раз через другой опорный элемент к попарно торчащим выступам 57, 59, прижаты по одному из двух датчиков 61 усилия, которые измеряют дебалансные силы, действующие в горизонтальном направлении измерения от шпиндельного узла 7, через опорные элементы 51, 53 на верхний и нижний концы шпиндельного узла 7.

Датчики 61 усилия для избежания поперечных сил шарнирно прилегают через опорные шарики 63 к соответствующим выступам 57, 59. На одном из опорных элементов, на представленном на фиг. 2 опорном элементе 51, дополнительно к выступу 57 предусмотрен другой выступ 65, между которыми выступ 59 входит в зацепление с другим опорным элементом 53. Между выступами 65 и 59 зажат предварительно сжатый эластичный элемент 67, который обеспечивает определенное предварительное подпружинивание датчика 61 усилия. Противолежащие в направлении измерения регулировочные винты 69, 71 в выступе 57 или 65 соответственно позволяют осуществлять юстировку положения датчика 61 усилия и силы предварительного сжатия предварительно сжатого элемента 67. Каждый из датчиков 61 усилия и соответствующий ему предварительно сжатый элемент в серии друг с другом опираются на один из двух опорных элементов, в то время как другой опорный элемент прижат к датчику 61 усилия по линии действия силы между датчиком 61 усилия и подпорным элементом 67. Таким образом обеспечивается, что линия действия силы реакции предварительно сжатого элемента 67 непосредственно замыкается через отдельный опорный элемент и не нагружается пружинным пластинчатым элементом 55. Пружинные пластинчатые элементы 55 попарно соответствуют датчикам 61 усилия и в тоже время попарно лежат противоположно направлению измерения. Наконец для избежания влияния поперечных сил подпорный элемент 67 также установлен между выступами шарнирно, как, например, показано на фиг. 2.

Датчики 61 усилия, расположенные на некотором расстоянии друг от друга на верхнем и нижнем концах шпинделя 11, поддерживаются опорными элементами 51, 53 зеркально относительно осевой продольной плоскости шпинделя 11, перпендикулярной направлению действия силы. Как показано на фиг. 2 для верхнего датчика 61 усилия, он опирается относительно оси вращения 9 по часовой стрелке на выступ 59 опорного элемента 53 со стороны шпинделя и против часовой стрелки на выступ 57 опорного элемента 51 со стороны корпуса. Нижний датчик 61 усилия напротив упирается по часовой стрелке на опорный элемент 51 со стороны корпуса и против часовой стрелки на опорный элемент 53 со стороны шпинделя 11. Соответствующая этому линия действия реакции предварительно сжатого элемента 67, соответствующего нижнему датчику 61 усилия замыкается через опорный элемент 53 со стороны шпинделя 11. Подразумевается, что способ опоры нижнего и верхнего датчиков 61 усилия может быть изменен. Преимуществом данного способа установки является, что при опрокидывающем движении шпинделя 11 оба датчика 61 усилия тождественно или нагружаются, или разгружаются. Следовательно различия характеристик датчиков усилия в зависимости от направления измерения не повлияют на результат измерения. Подразумевается, что предварительно сжатые элементы 67 обоих датчиков 61 усилия тождественным образом расположены на противолежащих сторонах выше названной осевой плоскости сечения.

Подобно тому, как шпиндельный узел 7 и электродвигатель 5 объединены в первый предварительно смонтированный блок, также во второй предварительно смонтированный блок объединены опорное крепление 49 с двумя датчиками 61 усилия, расположенными между опорными элементами 51, 53, который закреплен на корпусе 1 в качестве второго предварительно смонтированного блока. Для этого опорный элемент 51 привинчен к корпусу 1 с помощью винтов 73, которые доступны через отверстия 75 в опорном элементе 53 (фиг. 3).

Состоящий из шпиндельного узла 7 и электродвигателя 5 блок индексирован со своей стороны с помощью общей направляющей типа «ласточкин хвост», обозначенной 77, то есть закреплен в заданном положении относительно опорного кронштейна 49, к которому со стороны опоры привинчен опорный элемент 53 с возможностью разъема. Направляющее соединение 77 типа «ласточкин хвост» имеет на

- 5 006408 опорном элементе 53 канавку 79, лежащую параллельно оси вращения 9, в которую введен клин 81 с возможностью продольного перемещения. Клин 81 имеет возможность фиксирования с помощью множества регулируемых зажимных винтов 83, распределенных в продольном и поперечном направлении относительно направляющей 77 типа «ласточкин хвост».

Как показано на фиг. 4, как канавка 79, так и клин 81 имеют множество байонетных выемок 85 или 87 соответственно, которые сегментируют канавку 79 и клин 81 в продольном направлении. В правой части фиг. 4 показана направляющая 77 типа «ласточкин хвост» в конечном индексированном положении, в котором упорный штифт, предусмотренный на опорном элементе 53, фиксирует конечное положение шпиндельного узла 7 относительно опорного кронштейна 49 в направлении перемещения направляющей 77 типа «ласточкин хвост». Сегменты клина 81 перекрывают сегменты канавки 79. Байонетные выемки 85, 87 позволяют соединение шпиндельного узла 7 в паз поперек направления перемещения направляющей 77 типа «ласточкин хвост» близкое его конечной позиции, так, как показано в левой части фиг. 4, байонетные выемки 85, 87 образуют сквозные прорывы для сегментов канавки 79 или клина 81 соответственно. Сегментирование направляющей 77 типа «ласточкин хвост» значительно облегчает монтаж.

Электродвигатель 5, висящий на опорном креплении 49 над шпиндельным узлом 7, оказывает влияние на датчики 61 усилия консольным моментом, который модулируется возможной неуравновешенностью электродвигателя 5. Ошибка измерения, получающаяся при этом, может быть снижена, если плечо консольного момента уменьшится на сколько возможно, то есть электродвигатель 5 переместится как можно ближе к вертикальной плоскости, проходящей по направлению измерения силы датчиком 61 усилия. Например, как показано на фиг. 2, для этого плоскость, содержащая ось 9 вращения шпинделя 11 и не обозначенная ось вращения электродвигателя расположена так, что она проходит поперек к осевой плоскости сечения шпинделя 11, лежащей перпендикулярно к направлению измерения усилия. Если позволяет конструктивное пространство, промежуточный угол данной плоскости в зависимости от обстоятельств может быть выбран меньше чем 90°.

Дальнейшее снижение плеча момента достигается, если клин 81 лежит внутри цилиндрического контура шпиндельной бабки 29, то есть встроен в цилиндрический кожух шпиндельной бабки 29. Тем самым данная мера облегчает изготовление.

Электронное управление устройством для измерения дебаланса, не представленное более подробно, включая относящиеся к нему органы управления, размещено в камере 91 корпуса 1. Для определения дебаланса по величине и угловому положению информация должна быть определена системой управления, как по заданному базовому положению, то есть по угловому положению нулевой точки шпинделя 11 относительно шпиндельной бабки 29 и при этом относительно корпуса 1 , так и по информации о величине мгновенного углового отклонения шпинделя 11 от базового положения. Для этого на верхнем конце шпинделя 11, имеющего соединительный адаптер 13, закреплен кольцевой информационный источник 93, который имеет на своей кольцевой цилиндрической внешней поверхности отрезок 95 магнитной ленты. На отрезке 95 магнитной ленты через равные промежутки записана магнитная информация градуировки углов, которая воспринимается устройством 97 со считывающей головкой, закрепленным на шпиндельной бабке 29 с возможностью разъема и передается на устройство управления. Отрезок 95 магнитной ленты несет как информацию, представляющую угол поворота, так и информацию по угловому положению нулевой точки, если оба вида информации могут быть записаны на общий участок отрезка 95 магнитной ленты, то предпочтительно предусмотрены два информационных участка 99, лежащие вплотную друг к другу, которые содержат информацию по углу поворота и информацию об угловом положении нулевой точки. Считывающее устройство 97 имеет две считывающие головки, соответствующие отдельным информационным участкам 99.

Отрезок 95 магнитной ленты замкнут по периметру окружности, причем, как показано на фиг. 5, его стыкуемые концы разрезаны наискось в плоскости ленты и образуют косой стык 1 01 , проходящий под острым углом к периметру кольца 93. Магнитная информация записывается после приклеивания отрезка 95 магнитной ленты на кольцевой информационный источник 93. Это дает преимущество в том, что, несмотря на косой стык 1 01 , магнитная информация может быть записана в этой области. Однако косой стык 1 01 укорачивает осевую высоту участка, предназначенного для записи.

На доступной сверху поверхности кольцевого информационного источника 93 нанесена оптическая маркировка углов поворота, например, в форме радиальных штрихов 103, которые дают пользователю возможность ручной установки шпинделя 11 относительно базового положения.

Приспособление 17 для крепления инструмента, применяемое в соединительном адаптере 13, фиксируется при эксплуатации цангой 21. Для привода цанги 21 шпиндель 11 закрыт с нижнего конца крышкой 105 (фиг. 1) и образует пневматический цилиндр, в котором пневматический поршень 107 уплотнен с возможностью перемещения для привода цанги 21. Подвод сжатого воздуха осуществляется через пневматическое поворотное соединение 109 на крышке 105, находящееся в постоянном вращающемся зацеплении. Соединение 109 удерживается на кронштейне 111, который со своей стороны расположен на соединительном ярме 35, внутри области, ограниченной приводным ремнем 47, и закреплен на шпиндельной бабке 29. Таким образом достигается, что приводной ремень 47 может заменяться без не- 6 006408 обходимого демонтирования консоли 111. Так как поворотное соединение 109 закреплено на шпиндельной бабке 29, направляющей шпиндель 11, то есть сопровождает радиальные движения шпинделя 11, то поворотное соединение может находиться в постоянном зацеплении в отличие от случая, описанного в νθ 00/45983. Для дальнейшего пояснения используемого примера исполнения цанги 21 и ее приводного органа следует обратиться к νθ 00/45983.

Далее описываются варианты устройства для измерения дебаланса, представленные на фиг. 1-5. Одинаково действующие компоненты обозначены на фиг. 1-5 идентичными числами, а для различия снабжены буквами. Для пояснения конструкции и принципа действия следует ссылаться на описание фиг. 1-5.

Подразумевается, что не представленные на фигурах компоненты также могут иметь варианты исполнения.

На фиг. 6 показано измерительное устройство, дающее информацию как по углу поворота, так и по угловому положению нулевой точки. В свою очередь на верхнем конце шпинделя расположен кольцевой информационный источник 93а, на внешнем периметре которого находится кольцевая шайба 113, снабженная оптической градуировкой углов. Градуировка углов в свою очередь записана на двух дорожках, расположенных концентрично друг к другу, и воспринимается оптической считывающей головкой 97а в проходящем свете.

Подразумевается, что оптическая информация также может считываться в отраженном, то есть рефлектирующем, свете. С другой стороны, кольцевая шайба 113 вместо оптической также может нести магнитную информацию, как и в случае на фиг. 5 информация по периметру может считываться оптически. Также в примере исполнения на фиг. 6 кольцевой информационный источник несет на своей доступной сверху поверхности оптическую маркировку 103а углов для ручной установки шпинделя 11 относительно базового положения.

На фиг. 7 показан вариант устройства для измерения дебаланса, включающего в себя два предварительно смонтированных блока. В этой форме исполнения электродвигатель 5б и шпиндельный узел 7б также образуют предварительно смонтированный блок и радиально прифланцованы к соединительному ярму 35б своими нижними концами. Для приводного соединения предусмотрены шкивы 41б, 45б, на которые одет ремень 47б. Этот блок индексно прикреплен с помощью направляющей 77б типа «ласточкин хвост» с возможностью разъема ко второму предварительно смонтированному блоку, состоящему из опорного кронштейна 49б и сенсорного устройства 61б. В свою очередь направляющая 77б типа «ласточкин хвост» имеет канавку 79б и клин 81б, байонетно сегментирована, согласно форме исполнения, показанного на фиг. 1-5, и зафиксирована зажимными винтами 83б.

В отличие от представленной формы исполнения, дебалансные силы регистрируются вдоль промежутка между опорными элементами 51б, 53б датчиками 61б усилия, расположенными между ними, и неразъемно связаны для этого с И-образной витой изгибной пружиной 115. Витая изгибная пружина 115 воспринимает консольный момент блока, закрепленного на опорном элементе 53б и состоящего из электродвигателя 5б и шпиндельного узла 7б. Для снижения плеча момента электродвигатель 5б здесь также установлен ближе к витой изгибной пружине 115. Подразумевается, что в такой форме исполнения датчики 61б усилия могут быть расположены смещенно по отношению друг к другу в направлении оси 9б вращения для возможности регистрирования опрокидывающих колебаний. Крепление датчиков 61б усилия между элементами 51б, 53б может соответствовать варианту на фиг. 1-5.

Claims (31)

1. Устройство для измерения ротационного дебаланса предмета, включающее шпиндельный узел (7) со шпиндельной бабкой (29) и шпинделем (11), установленным на шпиндельной бабке (29) с возможностью поворота вокруг оси (9) вращения и имеющим на одном из обоих своих концов зажим (13) для закрепления предмета (19), один опорный кронштейн (49), направляющий шпиндельную бабку (29) в заданном направлении измерения дебалансирующих сил с возможностью отклонения, для фиксирования шпиндельного узла на станине машины, приводной электродвигатель (5) для вращения шпинделя (11) и сенсорное устройство (61 ), измеряющее дебалансную силу в заданном направлении измерения при вращении шпинделя (11), отличающееся тем, что шпиндельный узел (7) и электродвигатель (5) объединены в первый предварительно собранный общий блок, а опорный кронштейн (49) и сенсорное устройство (61) во второй предварительно собранный общий блок и что оба блока имеют индексно соответствующие друг другу соединительные элементы (77) для крепления блоков между собой с возможностью разъема в процессе эксплуатации.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электродвигатель (5) размещен эксцентрично относительно оси (9) вращения шпинделя (11) рядом со шпинделем (11) и закреплен на шпиндельной бабке (29).

- 7 006408

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что электродвигатель (5) расположен таким образом, что плоскость, содержащая оси вращения электродвигателя (5) и шпинделя (11), наклонена к продольной осевой плоскости шпинделя (11), перпендикулярной заданному направлению измерения.

4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что электродвигатель (5) и шпиндельная бабка (29) прифланцованы к общему соединительному ярму (35) с одной и той же стороны.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что соединительный зажим (13) на дальнем конце шпинделя (11) находится в приводном зацеплении с электродвигателем (5) с помощью замкнутого приводного ремня (47).

6. Устройство по пп.1-5, отличающееся тем, что соединительный зажим (13) шпинделя (11) содержит пневматическое приводное устройство, удерживаемый на шпиндельной бабке (29) подвод сжатого воздуха которого включает в себя пневматическое вращающееся соединение, находящееся в постоянном вращающемся зацеплении со шпинделем (11).

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что пневматическое вращающееся сцепление (109) предусмотрено на консоли (111) центрально относительно оси (9) вращения шпинделя (11), которое расположено исключительно внутри области, ограниченной приводным ремнем (47).

8. Устройство по одному из пп. 1-7, отличающееся тем, что опорный кронштейн (49) включает в себя два опорных элемента (51, 53), связанных друг с другом, с возможностью отклонения в заданном направлении измерения, один из которых соединен со шпиндельной бабкой (29), а другой со станиной (1) машины, и что сенсорное устройство (61 ) содержит по крайней мере один датчик усилия, удерживаемый между обоими опорными элементами (51, 53).

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что опорные элементы (51, 53) расположены на некотором расстоянии друг от друга и удерживаются между собой по крайней мере одной жесткой вдоль данного расстояния и гибкой поперек него, по меньшей мере, по направлению измерения, дистанционной распоркой (55), в частности несколькими такими дистанционными распорками (55).

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что дистанционная распорка (55) выполнена в виде пластинчатой пружины, плоскость которой проходит перпендикулярно направлению измерения.

11. Устройство по п.9 или 10, отличающееся тем, что опорные элементы (51, 53) имеют выступы (57, 59), торчащие попарно друг к другу, между которыми расположен датчик усилия.

12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что опорные элементы (51б, 53б) расположены на некотором расстоянии друг от друга и удерживаются по крайней мере одной гибкой вдоль этого расстояния, определяющего направление измерения, и в основном жесткой поперек него дистанционной распоркой (115).

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что дистанционная распорка (115) выполнена в форме и-образной витой изгибной пружины.

14. Устройство по одному из пп.8-13, отличающееся тем, что сенсорное устройство (61) имеет два расположенных на некотором расстоянии друг от друга в направлении оси (9) вращения шпинделя (11), удерживаемых между двумя опорными элементами (51, 53) датчика усилия, которые опираются на оба опорных элемента (51, 53), зеркально относительно осевой продольной плоскости шпинделя (11), перпендикулярной направлению измерения усилия.

15. Устройство по одному из пп.8-13, отличающееся тем, что каждому датчику (61) усилия соответствует предварительно сжатый датчиком (61 ) усилия в заданном направлении измерения усилия пружинный элемент (67).

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что датчик (61) усилия и соответствующий ему пружинный элемент (67) в серии друг с другом опираются на один из двух опорных элементов (51, 53) с предварительным сжатием, а другой опорный элемент (51) опирается на датчик (61) усилия по линии действия силы между датчиком (61 ) усилия и пружинным элементом (67).

17. Устройство по одному из пп. 15 или 16, отличающееся тем, что датчик (61) усилия или/и пружинный элемент (67) удерживаются в направлении измерения усилия с обоих сторон между подшипником оси двуплечего рычага, в частности между шариками или выступами.

18. Устройство по одному из пп. 1-17, отличающееся тем, что соединительные элементы (77) обоих блоков имеют предназначенные для прилегания друг к другу стыковочные поверхности (79, 81), которые способствуют заданному позиционированию относительно заданного направления измерения и по крайней мере одном, перпендикулярном ему направлении.

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что соединительные элементы выполнены в виде направляющей (77) типа «ласточкин хвост» и содержит зажимное средство (83) для фиксирования.

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что направление перемещения направляющей (77) типа «ласточкин хвост» проходит в направлении оси (9) вращения шпинделя (11).

21. Устройство по п.19 или 20, отличающееся тем, что направляющая (77) типа «ласточкин хвост» имеет направляющие поверхности (79, 81), одна (81) из которых сформирована непосредственно на шпиндельной бабке (29).

- 8 006408

22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что шпиндельная бабка (29) имеет в основном цилиндрический внешний контур, который внешне охватывает сформированную направляющую поверхность (81).

23. Устройство по одному из пп. 19-22, отличающееся тем, что направляющей (77) типа «ласточкин хвост» в направлении ее перемещения поставлен в соответствие индексный концевой ограничитель (89).

24. Устройство по одному из пп. 19-23, отличающееся тем, что направляющая (77) типа «ласточкин хвост» имеет соответствующие направляющие поверхности (79, 81) с байонетными выточками (85, 87), которые позволяют соединение поперек направления перемещения направляющей (77) типа «ласточкин хвост».

25. Устройство по одному из пп. 18-24, отличающееся тем, что соединительные элементы (77) предусмотрены на шпиндельной бабке (29) и опорном кронштейне (49).

26. Устройство по одному из пп. 1-24 или по родовому понятию п. 1, отличающееся тем, что на одном из осевых концов шпинделя (11), в частности на конце, имеющем соединительный зажим (13) для предмета (17), закреплен элемент (93) с кольцевой поверхностью, периметр которой снабжен магнитным или оптическим информационным источником (95; 113) для предоставления информации как по углу поворота, так и по угловому положению нулевой точки, и что со шпиндельной бабкой (29) соединена считывающая головка (97; 97а) для восприятия данной информации.

27. Устройство по п.26, отличающееся тем, что информационный источник (95; 113) имеет два информационных участка (99), лежащих рядом друг с другом, которые отдельно воспринимаются считывающей головкой (97; 97а).

28. Устройство по п.26 или 27, отличающееся тем, что информационный источник образован наклеенным по периметру элемента (93) с кольцевой поверхностью отрезком (95) магнитной ленты, стыкуемые концы которого отрезаны наискось в плоскости ленты.

29. Устройство по п.28, отличающееся тем, что информация, представляющая угол поворота или/и угловое положение нулевой точки, перекрывается в области косого стыка (101) отрезка (95) магнитной ленты.

30. Устройство по п.26 или 27, отличающееся тем, что информационный источник образован как оптический информационный источник, считываемый в проходящем свете, в частности в форме кольцевой шайбы (113).

31. Устройство по одному из пп.26-30, отличающееся тем, что элемент (93) с кольцевой поверхностью имеет оптическую градуировку по углу на своей поверхности, обращенной к шпинделю (11).