[发明专利]一种高速主轴机械式动平衡装置质量补偿优化方法

说明书

本发明提出了一种高速主轴机械式动平衡装置质量补偿优化方法，首先建立出高速主轴机械式动平衡装置中的机械式平衡头中的两个配重块在极坐标下移动的角度的数学建模，然后将该数学模型作为遗传算法的适应度函数，对两个配重块的移动策略进行优化，得到优化后的配重块A、B在极坐标下的移动角度值，最后根据优化得到的移动角度值移动两个配重块，达到消除主轴的初始不平衡量的目的。本发明提高了机械主轴平衡效率，提升了平衡精度，对减小设备噪声、降低损耗、延长使用寿命、保证安全生产方面意义重大，同时也为高速机械主轴在线动平衡调控策略提供了基础和依据，具有一定的工程应用价值。

技术领域

本技术涉及高速主轴在线动平衡技术领域，具体涉及一种高速主轴机械式动平衡装置质量补偿优化方法。

背景技术

主轴系统是数控机床的核心部件，其运行质量决定了数控机床的性能，但由于工作过程中受到负载、冲击以及磨损变形等因素的影响会导致主轴系统产生质量不平衡，从而导致机床振动加剧，严重影响机床的加工精度。因此，研究主轴系统在线动平衡技术具有重要的理论和实际意义。

国内外对主轴类转子系统在线动平衡调控方法及质量补偿策略方面进行了大量的研究。陈立芳等提出了配重块最优移动的准则及其判断原则；总结出的双配重平衡头无错调控制算法，能有效地提高自动平衡品质，使电机驱动型双配重平衡头无错调、不振荡、平衡时间短。曹晰等改善了可相对转轴正反两个方向任意转动的双平衡盘移动控制策略；对两类特殊情况给出了解决措施，有效地提高自动平衡品质；Kuen-Tai Tsai同时利用影响系数法与遗传算法得到每个平衡的平衡重和角度平面，从而可以将平衡配重同时放在多个平衡平面上，并减少轴承振动；西班牙学者J.G.Mendoza Larios等提出了一种基于代数识别技术的在线标识符的方法，开发了基于有限元的多自由度的旋转系统，使两个主动平衡盘，可以同时平衡多达四种振动模式。

发明内容

为解决上述背景技术所存在的缺陷以及所导致的安全隐患问题，本发明提出了一种高速主轴机械式动平衡装置质量补偿优化方法，根据机械式动平衡装置移动路径策略，建立了动平衡质量块移动策略优化模型，并在不同转速下、不同不平衡质量下进行高速主轴的动平衡调控模拟，从而确定不同工况下的动平衡质量补偿优化路径。其特点在于可以有效提高动平衡效率保证动平衡降低，大幅度降低振动幅值，为提高高速主轴系统的运行精度提供了必要的理论依据，解决了高速主轴运行过程中产生的不平衡振动造成主轴加工精度降低以及动平衡调控过程中平衡效率低等问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种高速主轴机械式动平衡装置质量补偿优化方法，包括如下步骤：

步骤1：以期望的转速运转主轴进行实验，获得实验数据参数，所述实验数据参数包括配重块A在机械式平衡头中的初始相位θ′_A，配重块B在机械式平衡头中的初始相位θ′_B，配重块A在期望转速下的离心力F₁，配重块B在期望转速下的离心力F₂；

步骤2：对高速主轴机械式动平衡装置中的机械式平衡头中的两个配重块在极坐标下移动的角度建立数学建模；

步骤3：将所建立的配重块移动角度的数学模型作为遗传算法的适应度函数，对所述两个配重块的移动策略进行优化，得到优化后的配重块A在极坐标下的移动角度值以及配重块B在极坐标下的移动角度值

步骤4：将配重块A移动极坐标下的角度值将配重块B移动极坐标下的角度值以消除主轴的初始不平衡量。

所述的步骤2中建立的数学模型表述为：