[发明专利]一种极坐标式砂轮在线动平衡系统快速高精度平衡方法

说明书

本发明公开了一种极坐标式砂轮在线动平衡系统快速高精度平衡方法，属于转子在线动平衡技术领域。本发明提出的在线动平衡法，克服了逐步寻优法的不足：可以快速寻找两平衡盘合适的初始夹角提高平衡效率；将平衡操作判据振动大小按平衡阶段细分为振动有效值和振动工频分量，协调优化平衡速度和平衡精度；调节步长为变步长，适应不同大小的不平衡量，以此兼顾平衡速度和精度；可消减两平衡盘转动步长不一致带来的不良影响，使平衡速度和精度大为提高。特别的，当不平衡量大小在一特定区间时，本方法平衡速度更快，效果更为显著。

技术领域

本发明涉及砂轮在线动平衡技术，具体涉及一种在实际工作条件下快速高精度实现砂轮动平衡的方法。

背景技术

磨床是一种精密加工设备，磨削精度是其加工工件质量的一项重要指标，而影响磨床磨削精度的一个重要影响因素是磨床工作时的振动大小。致使磨床产生振动的原因有很多。例如，经过长时间的磨削加工，砂轮磨损，必然产生质量分布不均，从而产生质量偏心，高速旋转的砂轮就产生一定的振动。砂轮本身结构和制造问题产生的质量偏心量、砂轮安装产生的偏心、磨削加工时冷却液的吸附不均产生的偏心量、转动主轴本身的偏心量。砂轮转速越高这类问题产生的振动越大，频率越高，因此这类问题是磨床产生振动的主要原因，也是磨床振动成分中的主要分量。随着高速高精度磨削的发展，解决这类问题对提高磨床加工精度，延长设备寿命有着重要意义。

自动在线动平衡技术是解决动平衡问题的一个发展方向，该技术可以在砂轮运行状态下通过传感器拾取系统振动信息，自动完成平衡过程，中间无须人工操作。具体实现该技术的装置大体有以下3种：1)喷液式平衡头，通过向平衡头内部四个相同大小的容腔内注入液体，调节系统平衡；2)电磁圆盘式平衡头，通过在平衡圆盘处为转子系统提供与不平衡离心力大小相等方向相反的电磁力，补偿转子不平衡；3)电机驱动平衡块式平衡头，其基本原理是通过改变平衡头平衡块的位置，从而产生一个平衡补偿力，达到平衡的效果。电机型自动动平衡装置，由于结构相对简单平衡效果也很好，该类动平衡装置在生产实际中占据着主要地位。

电机型自动动平衡装置主要包含三大模块:测量模块，通过传感器获取磨床振动信号；控制模块，根据测得振动信号变化量控制平衡头内部电机带动平衡盘转动；平衡头，平衡头通过螺栓与砂轮主轴连接，随砂轮转动，内部有两个平衡盘和两个永磁式直流电机，通过平衡盘位置的变化实现动平衡。其平衡头结构原理图如图1所示，平衡盘A，平衡盘B，为两个相同的开有多个偏心孔的偏心盘。分别由电机A,电机B(省略未画出)，通过传动机构带动，完成转动。

目前电机型平衡头主要采用逐步寻优平衡法。该平衡方法通过极坐标方式逐步寻优，两平衡盘的偏心质量大小和所在半径是不可变的，且两平衡盘的结构和质量是完全相同的。两平衡盘随砂轮转动时产生的离心力大小分别为F₁和F₂，因为两平衡盘是相同的所以F₁＝F₂＝F。两平衡盘产生离心力的合力的大小和相位分别为F_b和砂轮本身的不平衡量产生的力的大小和相位分别是F₀和逐步寻优平衡法具体步骤如下：第一步，相位的平衡，两平衡盘的相对位置保持不变，控制两平衡盘从任意位置开始，同时顺时针或逆时针转动相同角度(步长)，观察振动幅值变化，若增大，则同时反向转动相同步长，直到振动幅值不再减小，此时有就达到了相位平衡。第二步，幅值的平衡，控制两平衡盘一个顺时针转动另一个逆时针转动相同的步长，观察振动幅度变化情况，若振动增大，则两平衡块的转动方向均改为原有转动方向的反方向，直到振动不能减小为止。此时|F_b|＝|F₀|，达到了幅值平衡。

逐步寻优法存在以下不足: