一种主轴内置机械式在线动平衡系统的制作方法_2

文档序号:9303179阅读:来源:国知局
定架,所述信号接收装置安装在控制腔内,一端连接运动控制卡,另一端连接安装在端盖上 的天线环接收端;
[0039] 所述无线发射装置所连接的天线环通过固定架固定在主轴内腔,并接近无线发射 装置连接的安装在端盖上的天线环;
[0040] 所述的无线发射装置和信号接收装置成对使用。
[0041]本发明的有益效果为:
[0042] 本发明的主轴在线动平衡系统适合各种主轴运行工况,实现主轴动不平衡状态的 在线校正。利用该系统可实现高速主轴动平衡状态的监控、分析、调整,从所获特性可知该 系统可提尚尚速主轴的回转精度,从而实现尚质量零件的加工。
[0043] 本发明的主轴在线动平衡系统结构紧凑,可适应高速旋转状态,而且损耗低、效率 高。动平衡调整功能全面,可实现刚性主轴、挠性主轴的在线动不平衡校正。
【附图说明】
[0044] 图1为本发明具结构框图。
[0045] 图2为本发明动不平衡装置的结构示意图。
[0046] 图3为图2中质量调整组结构示意图。
[0047] 图4为图3中大小质量块配合安装结构示意图。
[0048] 图5为图2中稳固涨环结构示意图。
[0049] 图6为图2中端盖结构示意图。
[0050] 图7为本发明主轴与轴套的装配关系及动平衡检测仪器布置示意图。
[0051] 图8为主轴动平衡检测计算的原理示意图。
[0052] 图9为本发明待测等效动不平衡离心力矢量方向的示意图。
[0053] 图10为本发明主轴动不平衡计算方法计算的流程图。
[0054] 图11为本发明【具体实施方式】的双平面等效调节方法示意图。
[0055] 图12为本发明的动平衡装置安放位置标定计算的原理示意图。
[0056] 图13为本发明的单一校正面动平衡校正计算的原理示意图。
[0057]图14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心力与其合力 矢量关系原理示意图。
[0058]图15为本发明控制决策运算系统的流程图。
[0059] 其中,1-稳固涨环,2-动平衡质量调整块,3-电机,4-减速器,5-稳固绗架,6-控 制腔,屏蔽罩,8_端盖,9_大质量块,10-小质量块,11.涨片,12-电源环,13-缺口,14-天 线环,15-环形槽,16-通孔;17-轴套固定端I,18-加速度传感器I,19-主轴,20-轴套, 21-轴承,22-加速度传感器II,23-轴套固定II,24-主轴相位标志线,25-相位传感器, 26-数据采集卡,27-工控机;
[0060]x、y坐标轴,坐标原点0为轴套一端固定点,x为轴套轴向,指向轴套另一固定点; y为轴套径向,I点表示轴套上另一端的固定点,F2、F#加速度传感器I、II的测量位置,Fd 为拟合的轴套最大变形位置,1D、12、16、L分别表示长度,即为轴向坐标值,y2、y6、yD为轴套 在该点的变形量,0表示FD的矢量方向;
[0061]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、1B表示A、B质量组块平面所在轴向位置,mA1、mA2是A平面内大小质量 块的偏心质量,mB1、mB2是B平面内大小质量块的偏心质量,aA1,aA2是A平面上大小质量 块所产生离心力与合力的夹角,aB1、a82是8平面上大小质量块所产生离心力与合力的夹 角,0A1、心2为厶面内大小质量块需做调整的角度,0 B1、面内大小质量块需做调 整的角度,1是标定时主轴的转速,V工作时主轴的转速,1 ^为标定时测量的主轴离心力位 置与坐标原点的距离。mim2分别表示A平面或B平面的大小质量块的偏心质量,a2是 A平面或B平面上大小质量块所产生离心力与合力的夹角,夹角0i、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】
[0062] 下面通过实施例和附图对本发明作进一步详述。
[0063]实施例:如图1所示,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、控制决策运算系统和工控机;
[0064] 所述动平衡装置置于主轴19内,工作时,由同心且并列的两组质量组块产生质量 偏心,主轴19旋转时由质量偏心产生与主轴19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19的动不平衡;
[0065] 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;
[0066] 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 置中的每组质量块的质量分布策略;
[0067] 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;
[0068] 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;
[0069] 工控机包括工业控制计算机及连接的数据线、电源线、电源架,工业控制计算机选 用IPC-610L,工业控制计算机与其它装置的数据连接通过数据线实现,工业控制计算机上 安装相关的计算程序,包括控制决策运算系统、动不平衡检测计算系统的数据分析系统和 动不平衡计算系统。
[0070] 如图2所示,本发明包括屏蔽罩7、两沿轴向并列设置的质量调整组块、至少两个 稳固涨环1、控制腔6、稳固绗架5及两端盖8;所述屏蔽罩7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5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6,屏蔽罩7两端分别设置端盖 8,屏蔽罩7外周设置稳固涨环1。其中电机选用的型号为0801HS06AX,减速器选用型号为 22GN06C6D。
[0071] 如图3、图4所示,所述质量调整组块包括大质量块9、小质量块10、稳固绗架5及 相互连接的两组电机3、减速器4,所述两组电机3、减速器4对称设置在稳固绗架II或III上, 相对端的一个减速器输出轴上安装大质量块9,另一个减速器输出轴上安装小质量块10, 所述大质量块9和小质量块10相互套置,质量偏心,偏心处对应设置,两质量块产生的离心 力为〇,工作时,两质量块同心旋转形成角度并产生质量偏心。所述大质量块9、小质量块10 均为扇形块,初始安装时,两质量块的扇形缺口对应设置。如图4所示的一组动平衡质量调 整块,由一个大质量块9和一个小质量块10构成,大质量块9和小质量块10都为多半圆状, 同心安装,调整质量是两质量块相互转动,实现质量矢量大小和方向的调整。
[0072] 如图5所示,所述稳固涨环1为两端带缺口的金属薄环结构,涨环每端缺口13至 少三处且形状相同、均布,两端对称布置。安装本发明时,通过稳固涨环1固定在主轴内腔 中。
[0073] 如图6所示,所述端盖8沿圆周设置有至少三个涨片11,起固定支撑作用。在端 盖8外端开有两个同心的环形槽15,分别容置运动控制系统的天线环14和电源环12,端盖 中部开有连通控制腔的导线通孔16。所述屏蔽罩7为金属圆筒,起到屏蔽的作用。所述电 机3为步进电机或伺服电机。所述运动控制系统为现有结构,设置于本发明的稳固绗架I 内的控制腔6内,其电源环12安装在端盖8上。
[0074] 本发明所述的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(离心力)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。
[0075] 如图8-图10所示,本发明一种主轴动不平衡检测计算方法,包括以下步骤:
[0076] 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;
[0077] ②信号的幅频转换:通过采集卡对采集到的加速度模拟信号转换成时域信号,将 时域信号转换为频域信号;将相位传感器信号转换成时域信号;
[0078] ③提取主轴转速同频信号,并确定采集信号的相位角:根据主轴转速特征,在获得 的加速度信号频域特性得到与主轴转速同频率的加速度信号及幅值,并根据加速度信号和 相位信号的时间对应关系,得到该频率下轴套最大变形时主轴旋转的角度即为采
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