[发明专利]一种超精密直驱式静压主轴动平衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超精密静压主轴动平衡方法。

背景技术

随着现代科学技术的迅猛发展，特别是航空、航天、国防、军工等尖端科学技术的突飞猛进，这些产业对产品的稳定性和使用性能的要求越来越高，比较典型的就是在激光核聚变系统广泛使用的KDP晶体器件，该晶体由于具有软、脆、易潮解等特性，传统的磨抛等光学加工方法不能用于大口径KDP晶体的加工，目前单点金刚石飞刀切削加工是实现KDP晶体最终加工主要手段。切削加工是一种复制式加工，超精密机床的精度决定了零件的加工精度。因此，超精密加工机床是KDP晶体超精密加工的核心与关键，其中超精密主轴是超精密机床的核心部件，超精密静压主轴动平衡的好坏直接影响到超精密主轴的动态性能，同时影响到被加工零件的表面质量和制造精度。由于超精密主轴采用的是空气或液体静压轴承，且其旋转速度较低，如何对超精密低速静压主轴进行精密动平衡是目前噬待解决的巨大难题。现有技术通过测量旋转主轴轴承基座的振动特性来实现主轴动平衡的方法难以获得较好的效果，因为超精密静压主轴转子与定子之间是通过压缩空气或液压油作为工作间质，转子的不平衡特性通过工作介质后会产生较大的衰减，因此现有方法难以实现超精密主轴转子的精密动平衡。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法不能实现超精密静压主轴转子的精密动平衡问题，提供了一种超精密直驱式静压主轴转子动平衡方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种超精密直驱式静压主轴动平衡方法，所述测试方法是基于立式超精密直驱式静压主轴系统来进行的，在超精密直驱式静压主轴的输入端部件的上端面加工锥形安装基准面，检测杆一端为标准球，将标准球直接安装在锥形基准面上作为测量基准，采用高精度位移传感器测量超精密直驱式静压主轴旋转时标准球与高精度位移传感器之间的位移变化，通过传感器信号放大器放大成0-10V的信号后输入动平衡仪，同时将光电测速仪测得的超精密直驱式静压主轴转速信息输入动平衡仪，通过动平衡仪对所测得的信息进行处理得到转子不平衡质量和相位，在专用动平衡盘上根据动平衡仪指示的相位加入所需的平衡质量块，从而实现超精密直驱式主轴转子的动平衡操作。

上述标准球经过研磨抛光处理，材料为特种不锈钢，抛光后的面形精度PV值优于λ/20(其中λ＝0.633μm)，表面粗糙度优于2nm；上述高精度位移传感器为高分辨率电容传感器，其位移分辨率优于1nm；上述直驱式静压主轴电机的转子与主轴的转子直接相连，中间没有联轴接等柔性环节，所述静压主轴为空气静压或液体静压超精密主轴。

本发明的优点在于：采用标准球4作为测量基准对超精密静压主轴转子的不平衡特性进行直接测量，测量信息不会因为受工作介质的隔离作用而产生衰减。测量获得的信息为超精密主轴转子的实际动态特性，采用该信号能够实现超精密转子的精密动平衡操作。由于测量基准球4通过检测杆4-1后端的螺纹固定于中空主轴的内部台阶上，测量基准球与安装锥面具有自定心特性，保证了主轴旋转中心同测量基准球的旋转中心能够很好重合，消除了安装误差对测量结果造成的影响。该方法简单易行，动平衡结果准确可靠，平衡精度高，可以实现对纳米级精度直驱式超精密静压主轴的精密动平衡。

本发明由于采用标准球作为测量基准对超精密静压主轴转子的不平衡特性进行直接测量，测量信息不会因为受工作介质的隔离作用而产生衰减。测量获得的信息为超精密主轴转子的实际动态特性，采用该信号能够实现超精密转子的精密动平衡操作。由于测量基准球通过检测杆后端的螺纹固定于中空主轴的内部台阶上，测量基准球与安装锥面具有自定心特性，保证了主轴旋转中心同测量基准球的旋转中心能够很好重合，消除了安装误差对测量结果造成的影响。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式中所述在线测试方法是基于包括立式超精密直驱式静压主轴系统、测量系统以及动平衡仪52来实现的；

立式超精密直驱式静压主轴系统包括伺服电机、超精密直驱式静压主轴(转动部件，即转子部分)、机床横梁支撑板(机床横梁盖板)11、主轴轴套14(定子部分)、机床横梁16和微进给刀架17；超精密直驱式静压主轴转子由从上至下依次同轴设置的输入端部件10、上止推盘12、轴心13、下止推盘15固接构成；伺服电机包括电机定子7、电机转子9和机壳8；动平衡源信号测量系统由安装在静压主轴后端的测量基准球4和高精度位移传感器1以及传感器信号放大器51组成；