一种主轴动平衡双平面等效力平衡调节方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高速主轴在线动平衡技术领域，特别是设及一种主轴动平衡双平面等 效力平衡调节方法。
【背景技术】
[0002] 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W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。因此，寻找有效的 主轴动平衡调节方法是高速数控机床主轴动平衡系统考虑的重要问题。针对内置式双面动 平衡调节技术一直是行业内的难点。首先，内置式动平衡装置需要放置在主轴内部随主轴 旋转，由于主轴工艺孔空间一般都很狭小，将动平衡装置安放到固定位置具有相当的难度。 动平衡装置安装位置任何一个参数的不确定都会使得动平衡装置无法使用，难W满足主轴 动平衡需要。再者，由于高速数控机床主轴高速旋转，而主轴动平衡状态需要实时保证，如 何在极短的时间内完成主轴动不平衡状态的调整具有挑战性。目前，国内外还未发现一种 适合于主轴内置式双平面动平衡装置实现主轴动平衡调节的方法。
【发明内容】
[0003] 针对上述存在的技术问题，本发明提供一种主轴动平衡双平面等效力平衡调节方 法。
[0004] 本发明的目的是通过W下技术方案来实现的：
[0005] 本发明一种主轴动平衡双平面等效力平衡调节方法，是由同屯、且并列的两组质量 组块产生质量偏屯、，主轴旋转时，由质量偏屯、产生与主轴自身的动不平衡力位置相同、大小 相等、方向相反的平衡力，执行校正主轴的动不平衡；
[0006] 具体包括W下步骤：
[0007] ①标定两组质量组块在主轴内孔中的轴向位置1a、Ic;
[000引②双平面受力等效分解；双平面指两组质量组块所在的与主轴垂直的径向平面， 在主轴动不平衡所产生离屯、力矢量所在平面内，W两组动平衡质量组块所在位置Ia或1C及 已知离屯、力Fd所在位置1D为基点，离屯、力FD的矢量方向为9，根据杠杆原理，将离屯、力Fd 等效分解到两组动平衡质量组块所在位置的等效力F/、&' ；
[0009] ⑨计算平衡力矢量；根据等效力的大小计算动平衡质量组块所需产生的平衡力 Fa、Fb及矢量方向0A、0B，该矢量方向与等效力成180度夹角关系；其中Fa=F/,Fb=Fb'， 目A二日B二180-目；
[0010] ④计算大小质量块调整角度：动平衡质量组块大、小质量块所产生的离屯、力fi、 f2,得到fi、f2的合力f，合力f即为Fa或Fb，由方程组
[0011]
[001引得到fi、f2与合力f的矢量夹角a 1，曰2;
[0013] 将大、小质量块所产生的离屯、力fi、f2的矢量方向与调整前的矢量方向之间的夹 角01、02及方向定义为质量块的调整值，其中夹角0 1、02小于180度，调整方向为使夹 角01、0 2缩小的旋转方向。
[0014] 进一步地，所述标定是在主轴低速旋转的情况下，通过一个质量组块的大、小质量 块调整，使得该质量组块所在的调整面A面或B面产生已知离屯、力Fi或F。，通过测量计算 得到该位置点在轴向上与近端轴套固定端的距离Ia或1C，即校正面的位置，同样道理可知 另一个质量组块校正面的位置或1A。
[0015] 本发明的有益效果为：
[0016] 本发明针对内置式双平面动平衡装置实现主轴动平衡的调节，适合各种主轴运行 工况。从所获特性可知该方法可用于主轴动平衡调整系统W提高高速主轴的回转精度，从 而实现高质量零件的加工。
[0017] 本发明的调节方法简单、高效，能在未知质量组块安装位置的条件下标定质量组 块、计算质量组块中每个质量块所需调整的角度，从而调整质量组块调节主轴的动不平衡 状态。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明【具体实施方式】的双平面等效调节方法示意图；
[0019] 图2为本发明【具体实施方式】的位置参数标定方法示意图；
[0020] 图3为本发明【具体实施方式】的质量矢量调整方式示意图；
[0021] 图4为本发明【具体实施方式】的质量调整组块大小质量块所产生离屯、力与其合力 矢量关系原理示意图；
[0022] 图5为本发明的流程图；
[002引A、B质量组块平面中心C标定时不平衡力F的作用点，D工作时主轴产生的动不 平衡力作用位置，1a、Ib表示A、B质量组块平面所在轴向位置，mAi、mA2是A平面内大小质量 块的偏屯、质量，1?,!?是B平面内大小质量块的偏屯、质量，aAl,aA2是A平面上大小质量 块所产生离屯、力与合力的夹角，《81、aB2是B平面上大小质量块所产生离屯、力与合力的夹 角，0A1、0A2为A面内大小质量块需做调整的角度，0M、0B2为B面内大小质量块需做调 整的角度，Vi是标定时主轴的转速，V工作时主轴的转速，1e为标定时测量的主轴离屯、力位 置与坐标原点的距离。1?!?分别表示A平面或B平面的大小质量块的偏屯、质量，a1、a2是 A平面或B平面上大小质量块所产生离屯、力与合力的夹角，夹角0 1、0 2表示A平面或B平 面内大小质量块所需调整的角度。
【具体实施方式】
[0024] 下面通过实施例和附图对本发明作进一步详述。
[0025] 实施例：如图1所示，本发明主轴动平衡双平面等效力平衡调节方法，是由同屯、且 并列的两组质量组块产生质量偏屯、，主轴旋转时，由质量偏屯、产生与主轴自身的动不平衡 力位置相同、大小相等、方向相反的平衡力，执行校正主轴的动不平衡；
[0026] 具体包括W下步骤：
[0027] ①标定两组质量组块在主轴内孔中的轴向位置1a、Ic;
[002引②双平面受力等效分解；双平面指两组质量组块所在的与主轴垂直的径向平面， 在主轴动不平衡所产生离屯、力矢量所在平面内，W两组动平衡质量组块所在位置Ia或1C及 已知离屯、力Fd所在位置1D为基点，离屯、力FD的矢量方向为9，根据杠杆原理，将离屯、力Fd 等效分解到两组动平衡质量组块所在位置的等效力F/、&' ；
[0029] ⑨计算平衡力矢量；根据等效力的大小计算动平衡质量组块所需产生的平衡力 Fa、Fb及矢量方向0A、0B，该矢量方向与等效力成180度夹角关系；其中Fa=F/,Fb=Fb'， 目A二目B二180-目；
[0030] ④计算大小质量块调整角度：动平衡质量组块大、小质量块所产生的离屯、力fi、 f2,得到fi、f2的合力f，合力f即为Fa或Fb，由方程组
[0031]
[0032] 如图4所示，得到fi、与合力f的矢量夹角a1，曰2;
[0033] 将大、小质量块所产生的离屯、力fi、f2的矢量方向与调整前的矢量方向之间的夹 角01、02及方向定义为质量块的调整值，其中夹角0 1、02小于180度，调整方向为使夹 角0 1、0 2缩小的旋转方向。
[0034] 所述标定是在主轴低速旋转的情况下，通过一个质量组块中同屯、且并列的两组质 量组块的角度调整，使得该质量组块所在的调整面A面或B面产生已知离屯、力Fi或F。，通 过测量计算得到该位置点在轴向上与近端轴套固定端的距离Ia或1e，即校正面的位置，同 样道理可知另一个质量组块校正面的位置Ic或1A。
【主权项】
1. 一种主轴动平衡双平面等效力平衡调节方法，其特征在于：是由同心且并列的两组 质量组块产生质量偏心，主轴旋转时，由质量偏心产生与主轴自身的动不平衡力位置相同、 大小相等、方向相反的平衡力，执行校正主轴的动不平衡； 具体包括以下步骤： ① 标定两组质量组块在主轴内孔中的轴向位置1A、1B; ② 双平面受力等效分解：双平面指两组质量组块所在的与主轴垂直的径向平面，在主 轴动不平衡所产生离心力矢量所在平面内，以两组动平衡质量组块所在位置1 4或IB及已知 离心力Fd所在位置ID为基点，离心力FD的矢量方向为0，根据杠杆原理，将离心力FD等效 分解到两组动平衡质量组块所在位置的等效力FA'、FB' ； ③ 计算平衡力矢量：根据等效力的大小计算动平衡质量组块所需产生的平衡力Fa、Fb 及矢量方向9a、9B，该矢量方向与等效力成180度夹角关系；其中Fa=Fa'，Fb=FB'，0A =0 B= 180- 9 ； ④ 计算大小质量块调整角度：动平衡质量组块大、小质量块所产生的离心力f\、f2，得 到f\、f2的合力f，合力f即为FA或FB，由方程组得到f\、f2与合力f?的矢量夹角apa2; 将大、小质量块所产生的离心力f\、4的矢量方向与调整前的矢量方向之间的夹角 02及方向定义为质量块的调整值，其中夹角0i、小于180度，调整方向为使夹角 02缩小的旋转方向。2. 根据权利要求1所述主轴动平衡双平面等效力平衡调节方法，其特征在于：所述标 定是在主轴低速旋转的情况下，通过一个质量组块的大、小质量块调整，使得该质量组块所 在的调整面A面或B面产生已知离心力匕或F^，通过测量计算得到该位置点在轴向上与近 端轴套固定端的距离14或IB，即校正面的位置，同样道理可知另一个质量组块校正面的位 置1!3或IA。
【专利摘要】一种主轴动平衡双平面等效力平衡调节方法，属于高速主轴在线动平衡技术领域。是由同心且并列的两组质量组块产生质量偏心，主轴旋转时，由质量偏心产生与主轴自身的动不平衡力位置相同、大小相等、方向相反的平衡力，执行校正主轴的动不平衡；具体为：标定两组质量组块在主轴内孔中的轴向位置lA、lB；两组质量组块所在的与主轴垂直的径向平面所受离心力FD等效分解为两组动平衡质量组块所在位置的等效力FAˊ、FBˊ；计算动平衡质量组块所需产生的平衡力FA、FB及矢量方向θA、θB，计算大小质量块调整角度β1、β2。本发明能在未知质量组块安装位置的条件下标定、计算每个质量块所需调整的角度，从而调节主轴的动不平衡状态。
【IPC分类】G01M1/38
【公开号】CN104964794
【申请号】CN201510398000
【发明人】张珂, 邓华波, 李桐
【申请人】沈阳建筑大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月8日