[发明专利]一种主轴内置机械式在线动平衡系统

说明书

技术领域

本发明属于高速主轴在线动平衡技术领域，特别是涉及一种主轴内置机械式在线动平衡系统。

背景技术

高速数控机床是装备制造业的技术基础和发展方向之一，高速数控机床的技术水平高低是衡量一个国家制造业水平高低的标志。主轴是所有旋转加工的数控机床中最为关键的部件之一，其性能对整台机床的加工精度、可靠性等都有至关重要的影响。旋转不平衡是影响主轴回转精度的主要因素之一，在主轴上实现动平衡已成为一项不可或缺的关键技术,它是以提高主轴的回转精度、可靠性及使用寿命为奋斗的终极目标。在线动平衡的效率和精度，结构和安装，以及是否产生附加不平衡等方面的技术问题的解决将是在线动平衡装置考虑的重要问题。但是,采取内置式双面动平衡技术一直是行业内的难点。首先，在线动平衡是指在主轴不停机的状态下,动平衡的测量、计算及动平衡校正都需要实时实现。然而，高速数控机床主轴的转速大多为上万转，有的甚至达到十几万转，而且功率较大。内置式动平衡装置需要放置在主轴内部随主轴旋转，因此测控系统的反应速度、信号传送、供电等方面都难以满足动平衡装置的需求。再者，由于一般主轴工艺孔空间狭小，而机械式动平衡装置结构复杂，如何在狭小空间进行动平衡装置的固定、装置内部结构布置都具有挑战性。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种主轴内置机械式在线动平衡系统及调整方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明一种主轴内置机械式在线动平衡系统，包括动平衡装置、运动控制系统、数据无线传输系统、动不平衡检测计算系统和控制决策运算系统；

所述动平衡装置置于主轴内，工作时，由同心且并列的两组质量调整组块产生质量偏心，主轴旋转时由质量偏心产生与主轴自身产生的动不平衡力作用位置相同、大小相等、方向相反的动平衡力，执行在线校正主轴的动不平衡；

所述动不平衡检测计算系统检测主轴的不平衡信号，根据信号分析主轴动不平衡特性，计算主轴动不平衡等效离心力及其矢量方向和位置；

所述控制决策运算系统将获得的主轴动不平衡等效离心力等效分解到两个动不平衡调整平面，计算各平面动不平衡等效离心力；并制定两动不平衡调整平面内动平衡装置中的每组质量调整组块的质量分布策略；

所述数据无线传输系统的天线环安装在动平衡装置的端盖外端，接收及传输动不平衡校正指令；

所述运动控制系统安装于动平衡装置的控制腔内，运动控制系统的电源环安装在动平衡装置的端盖外端；运动控制系统接收动不平衡校正指令，控制动平衡装置中电机的运转。

进一步地，所述动平衡装置包括屏蔽罩、两沿轴向并列设置的质量调整组块、至少两个稳固涨环、控制腔、稳固绗架及两端盖；所述屏蔽罩内依次设置两质量调整组块和稳固绗架Ⅰ，两质量调整组块分别带有稳固绗架Ⅱ和Ⅲ，相邻稳固绗架间分别通过螺栓固定连接，在稳固绗架Ⅰ内形成安装运动控制系统的控制腔，屏蔽罩两端分别设置端盖，屏蔽罩外周设置稳固涨环，稳固涨环为两端带缺口的金属薄环结构，稳固涨环每端缺口至少三处且形状相同、均布，两端对称布置。

进一步地，所述质量调整组块包括大质量块、小质量块、稳固绗架及相互连接的两组电机、减速器，所述两组电机、减速器对称设置在稳固绗架上，相对端的一个减速器输出轴上安装大质量块，另一个减速器输出轴上安装小质量块，所述大质量块和小质量块均为扇形块，相互套置，初始安装时扇形缺口处对应设置，两质量块产生的质量偏心为零，工作时，两质量块同心旋转形成角度并产生质量偏心。

进一步地，所述端盖外端开有两个同心的环形槽，分别容置运动控制系统的天线环和电源环，端盖中部开有连通控制腔的导线通孔。

进一步地，所述动不平衡检测计算系统包括两个加速度传感器、相位传感器、数据采集卡和工控机，所述两个加速度传感器分别固定在主轴轴套上，检测主轴产生的变形信号；

所述相位传感器为红外信号传感器，设置在对应主轴中心标记线处，检测识别主轴转动相位标记，相位传感器测量中心与主轴中心线保持水平；

所述数据采集卡连接加速度传感器和相位传感器，采集传感器信号；

所述工控机根据采集的信号分析主轴动不平衡特性，计算主轴动不平衡等效离心力及其矢量方向和位置。

进一步地，所述工控机对主轴动不平衡检测的计算，包括以下步骤：

①采集传感器信号：所述主轴置于轴套中，加速度传感器为两个，测量由于主轴动不平衡作用在轴套上引起轴套变形的加速度模拟信号；同时采集相位传感器信号，所述相位传感器设置在对应主轴中心标记线处，检测识别主轴转动相位标记；