一種主動(dòng)式高速主軸在線動(dòng)平衡頭及其控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種主動(dòng)式高速主軸在線動(dòng)平衡頭及其控制系統(tǒng)，屬于精密超精密加工及自動(dòng)化領(lǐng)域。該在線動(dòng)平衡頭為純機(jī)械式結(jié)構(gòu)，其核心是左右對(duì)稱的兩個(gè)校正用平衡盤組件及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，平衡頭機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，軸向尺寸小；該平衡頭控制系統(tǒng)包括氣動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)兩個(gè)部分，氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電—?dú)庑盘?hào)轉(zhuǎn)換及驅(qū)動(dòng)平衡盤組件位置調(diào)節(jié)，氣源取用方便，對(duì)大氣無(wú)污染；電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、分析及控制信號(hào)輸出的功能；本發(fā)明對(duì)于高速精密超精密加工具有重要的意義。
【專利說(shuō)明】
一種主動(dòng)式高速主軸在線動(dòng)平衡頭及其控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種主動(dòng)式高速主軸在線動(dòng)平衡頭及其控制系統(tǒng)，屬于精密超精密加工及自動(dòng)化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]主軸旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的不平衡離心力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，對(duì)于高速主軸系統(tǒng)，即使微小的不平衡量也可能產(chǎn)生非常大的不平衡離心力，引起機(jī)床振動(dòng)、軸承磨損等故障。因此，高速主軸系統(tǒng)的不平衡量嚴(yán)重影響著機(jī)床的加工精度和使用壽命。
[0003]主軸系統(tǒng)動(dòng)平衡的任務(wù)就是確定高速主軸系統(tǒng)不平衡量的大小和方向，然后在其相反的方向某一半徑處加一平衡質(zhì)量，使附加不平衡量與主軸系統(tǒng)不平衡量的大小相等、方向相反，以減小或消除高速主軸系統(tǒng)的不平衡量。因此，動(dòng)平衡是減少主軸系統(tǒng)不平衡量，促進(jìn)機(jī)床向尚速、尚效、尚精方向發(fā)展的關(guān)鍵性基礎(chǔ)技術(shù)。
[0004]主軸系統(tǒng)動(dòng)平衡技術(shù)通常分為工藝動(dòng)平衡、現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡、在線動(dòng)平衡。工藝動(dòng)平衡是指在動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行的平衡；現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡是指轉(zhuǎn)子在實(shí)際工作的條件下，利用一些現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和分析設(shè)備對(duì)轉(zhuǎn)子實(shí)施的平衡操作；在線動(dòng)平衡是指在機(jī)組不停機(jī)的狀態(tài)下，利用一種自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)平衡的方法。在線動(dòng)平衡可在主軸工作轉(zhuǎn)速下自動(dòng)識(shí)別不平衡量的大小和相位，并自動(dòng)完成平衡工作，與傳統(tǒng)的平衡方法相比，在線動(dòng)平衡具有避免頻繁開(kāi)關(guān)機(jī)試重，提高平衡效率和精度，同時(shí)可根據(jù)機(jī)床加工工況等因素的改變而對(duì)不平衡量實(shí)施自動(dòng)平衡的優(yōu)點(diǎn)。因此高速主軸系統(tǒng)自動(dòng)在線平衡越來(lái)越得到人們的關(guān)注。
[0005]本發(fā)明針對(duì)高速機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，發(fā)明了一種機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向尺寸較小，準(zhǔn)確可靠，實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)現(xiàn)有機(jī)床主軸系統(tǒng)改動(dòng)不大的動(dòng)平衡頭及其控制系統(tǒng)，對(duì)于高速精密超精密加工具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有高速主軸在線動(dòng)平衡裝置結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，軸向尺寸較大，難以在現(xiàn)有的機(jī)床上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用等缺點(diǎn)。提出了一種由棘輪棘爪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)平衡盤組件與主軸同步旋轉(zhuǎn)，由高壓脈沖氣體力驅(qū)動(dòng)平衡盤徑向位置的調(diào)節(jié)，主軸系統(tǒng)不平衡狀態(tài)可調(diào)、可控的在線動(dòng)平衡頭及其控制系統(tǒng)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種主動(dòng)式高速主軸在線動(dòng)平衡頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括平衡頭及噴嘴機(jī)構(gòu)。
[0008]平衡頭由兩個(gè)平衡盤組件及相關(guān)安裝部件組成，由兩個(gè)平衡盤組件的固有不平衡量合成平衡頭所需的校正量。平衡盤組件由平衡盤本體(3)、側(cè)蓋(4)、沉頭螺釘(7)、基準(zhǔn)螺栓(8)組成。主要安裝部件包括圓螺母(2)、安裝環(huán)(5)、雙肩套筒(6)等。平衡頭在主軸
(I)上的裝配關(guān)系如圖1和圖2所示。
[0009]平衡盤本體(3)的結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示，其特征為內(nèi)外圈均是齒狀結(jié)構(gòu)，外齒圈內(nèi)側(cè)本體上距盤中心適當(dāng)半徑處加工一螺紋狀不平衡孔(Al)，兩側(cè)面中央部位各加工一個(gè)側(cè)蓋安裝槽(A3)，安裝槽內(nèi)加工8個(gè)螺紋孔(A2)?；鶞?zhǔn)螺栓(8)通過(guò)不平衡孔(Al)與平衡盤本體(3)固定，基螺栓(8)與不平衡孔(Al)的質(zhì)量差等效為平衡盤組件的固有不平衡質(zhì)量。側(cè)蓋(4)的結(jié)構(gòu)如圖5和圖6所示，其特征為帶中心孔的對(duì)稱盤狀結(jié)構(gòu)，盤上均勻加工四個(gè)安裝孔(A4)。側(cè)蓋(4)通過(guò)四個(gè)沉頭螺釘(7)與平衡盤本體(3)固定。安裝環(huán)(5)的結(jié)構(gòu)如圖7和圖8所示，其特征為帶外伸彈性爪(A5)的對(duì)稱環(huán)形結(jié)構(gòu)，四個(gè)彈性爪(A5)沿環(huán)帶周向均勻分布。安裝環(huán)(5)內(nèi)置于平衡盤本體(3)內(nèi)部及兩側(cè)蓋(4)之間，四個(gè)彈性爪(A5)與平衡盤本體(3)內(nèi)圈齒嚙合，形成棘輪棘爪機(jī)構(gòu)，正常工作時(shí)，由棘輪棘爪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)平衡盤組件與主軸(I)同步旋轉(zhuǎn)。雙肩套筒(6)的結(jié)構(gòu)如圖9和圖10所示，其特征為整體加工對(duì)稱式結(jié)構(gòu)。安裝環(huán)(5 )通過(guò)過(guò)盈配合安裝于雙肩套筒(6 )的肩部，側(cè)蓋(4 )與雙肩套筒(6)的肩部之間為間隙配合。雙肩套筒(6)通過(guò)過(guò)盈配合安裝于主軸(I)的肩部，并由圓螺母(2 )實(shí)現(xiàn)軸向固定。
[0010]噴嘴機(jī)構(gòu)裝配圖如圖11所示。噴嘴機(jī)構(gòu)由噴嘴(9)、壓蓋(10)、噴嘴座(11)、支架(12)、底座(13)及沉頭螺釘(14)構(gòu)成。噴嘴(9)為整體加工部件，外形上加工標(biāo)準(zhǔn)管接頭(A6 )及噴嘴卡位槽(A7 )，噴嘴卡位槽(A7 )置于噴嘴座(11)及壓蓋(1 )的半圓槽(A8 )內(nèi)，并由沉頭螺釘(14 )通過(guò)光孔(AlO )及螺紋孔(A9 )固定。噴嘴座(11)、支架(12 )及底座(13)為整體加工式結(jié)構(gòu)。噴嘴機(jī)構(gòu)通過(guò)底座(13)安裝與平衡盤組件的下方。噴嘴機(jī)構(gòu)及平衡盤組件的位置關(guān)系如圖17所示。當(dāng)平衡盤組件相對(duì)于主軸(I)基準(zhǔn)點(diǎn)的徑向位置需要調(diào)整時(shí)，脈沖氣流通過(guò)噴嘴(9)噴向平衡盤本體(3)的齒狀外緣，一個(gè)脈沖氣流推動(dòng)平衡盤本體(3 )滑過(guò)彈性爪(A5 ) —個(gè)內(nèi)齒的角度。
[0011]—種主動(dòng)式高速主軸在線動(dòng)平衡頭的控制系統(tǒng)包括氣動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)兩部分。
[0012]氣動(dòng)控制系統(tǒng)用于將計(jì)算機(jī)輸出的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為高壓脈沖氣流信號(hào)，保證一個(gè)高壓脈沖氣流信號(hào)使平衡盤的位置調(diào)整一個(gè)齒的角度，系統(tǒng)原理如圖18所示。氣動(dòng)控制系統(tǒng)由噴嘴(9)、兩位兩通閥(BI)、三通(B2)、壓力表(B3)、減壓閥(B4)、氣源(B5)、高壓軟管(LI)及接頭構(gòu)成。噴嘴(9)通過(guò)高壓軟管(LI)與兩位兩通閥(BI)的出氣口相連，兩位兩通閥(BI)的進(jìn)氣口通過(guò)高壓軟管(LI)與三通(B2)的出氣口相連，三通(B2)的進(jìn)氣口通過(guò)高壓軟管(LI)與減壓閥(B4)的出氣口相連，減壓閥(B4)的進(jìn)氣口通過(guò)高壓軟管(LI)與氣源(B5)相連。減壓閥(B4)與壓力表(B3)為整體式結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)輸出的脈沖控制信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后控制兩位兩通閥(BI)電磁控制端(CS 1、CS2、CS3、CS4 )電流的通斷，進(jìn)而控制兩位兩通閥(BI)輸出高壓脈沖氣流信號(hào)。
[0013]電氣監(jiān)控系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)主軸振動(dòng)及基準(zhǔn)位置監(jiān)測(cè)、平衡盤位置監(jiān)測(cè)、不平衡振動(dòng)信號(hào)分析、平衡盤調(diào)節(jié)位置計(jì)算、脈沖控制信號(hào)輸出等功能，系統(tǒng)原理如圖19所示。電氣監(jiān)控系統(tǒng)由電渦流傳感器(Cl)、光電傳感器(C2 )、信號(hào)采集卡(C3 )、電腦(C4)、智能多路控制器(C5)及數(shù)據(jù)線(L2)構(gòu)成。電渦流傳感器(Cl)與主軸(I)非接觸，并通過(guò)數(shù)據(jù)線(L2)與信號(hào)采集卡(C3)相連。光電傳感器(C2)與基準(zhǔn)螺栓(8、15)非接觸，并通過(guò)數(shù)據(jù)線(L2)與信號(hào)采集卡(C3)相連。信號(hào)采集卡(C3)通過(guò)PCI插槽與電腦(C4)相連。電腦(C4)通過(guò)RS232接口與智能多路控制器(C5 )相連，智能多路控制器(C5 )的四個(gè)輸出口分別與四個(gè)兩位兩通閥(BI)的控制端相連。電渦流傳感器(Cl)用于測(cè)量主軸(I)不平衡振動(dòng)信號(hào)，光電傳感器(C2)用于測(cè)量平衡盤組件及主軸(I)基準(zhǔn)信號(hào)。電腦(C4)對(duì)在線采集信號(hào)進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)計(jì)算滿足主軸系統(tǒng)不平衡量最小時(shí)平衡盤組件相對(duì)主軸基準(zhǔn)的位置。并根據(jù)位置調(diào)整要求輸出多路電脈沖信號(hào)，進(jìn)而控制平衡盤組件不平衡量相對(duì)于主軸基準(zhǔn)相位的調(diào)
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[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、平衡頭設(shè)計(jì)為主軸箱內(nèi)置式，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性較高。尤其是平衡頭軸向尺寸小，應(yīng)用于實(shí)際機(jī)床時(shí)對(duì)機(jī)床主軸的尺寸改動(dòng)不大，為平衡頭的實(shí)際應(yīng)用提供方便。
[0015]2、在盤式在線動(dòng)平衡頭的基礎(chǔ)上，采用由棘輪棘爪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)平衡盤與主軸同步旋轉(zhuǎn)，高壓脈沖氣流實(shí)現(xiàn)平衡盤徑向位置調(diào)整的設(shè)計(jì)理念。氣流壓力及脈沖寬度可調(diào)，確保一個(gè)脈沖氣流使平衡盤的位置調(diào)整一個(gè)內(nèi)齒角度。工作介質(zhì)為空氣，取用方便，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
[0016]3、平衡頭由平衡盤本體等部件組裝而成，一個(gè)平衡頭可實(shí)現(xiàn)主軸系統(tǒng)的單面動(dòng)平衡，兩個(gè)平衡頭可實(shí)現(xiàn)雙面動(dòng)平衡。平衡頭的應(yīng)用靈活。
[0017]4、平衡頭整體為機(jī)械結(jié)構(gòu)，對(duì)主軸系統(tǒng)無(wú)電磁干擾。
[0018]圖1平衡頭在主軸上的裝配圖圖2平衡頭裝配局部放大圖
圖3平衡盤本體主視圖圖4平衡盤本體剖視圖圖5平衡盤側(cè)蓋主視圖圖6平衡盤側(cè)蓋剖視圖圖7安裝環(huán)主視圖圖8安裝環(huán)剖視圖圖9雙肩套筒主視圖圖10雙肩套筒剖視圖圖11噴嘴機(jī)構(gòu)裝配圖圖12噴嘴半剖主視圖圖13噴嘴座主視圖圖14噴嘴座俯視圖圖15噴嘴壓蓋主視圖圖16噴嘴壓蓋俯視圖圖17噴嘴機(jī)構(gòu)與平衡盤組件位置關(guān)系圖18氣動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖圖19電氣監(jiān)控系統(tǒng)圖
圖中:1、主軸，2、圓螺母，3、平衡盤本體，4、側(cè)蓋，5、安裝環(huán)，6、雙肩套筒，7、沉頭螺釘，
8、基準(zhǔn)螺栓，9、噴嘴，10、壓蓋，11、噴嘴座，12、支架，13、底座，14、沉頭螺釘，15、基準(zhǔn)螺栓，Al、不平衡孔，A2、螺紋孔，A3、側(cè)蓋安裝槽，A4、安裝孔，A5、彈性爪，A6、標(biāo)準(zhǔn)管接頭，A7、卡位槽，A8、半圓槽，A9、螺紋孔，A10、光孔，B1、兩位兩通閥，B2、三通，B3、壓力表，B4、減壓閥，B5、氣源，Cl、電渦流傳感器，C2、光電傳感器，C3、信號(hào)采集卡，C4、電腦，C5、智能多路控制器，L1、高壓軟管，L2、數(shù)據(jù)線，CS1、CS2、CS3、CS4、電磁控制端。
【具體實(shí)施方式】
[0019]1、平衡頭結(jié)構(gòu)與功能實(shí)現(xiàn)
一種主動(dòng)式高速主軸在線動(dòng)平衡頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括平衡頭及噴嘴機(jī)構(gòu)。
[0020]平衡頭由兩個(gè)平衡盤組件及相關(guān)安裝部件組成，由兩個(gè)平衡盤組件的固有不平衡量合成平衡頭所需的校正量。平衡盤組件由平衡盤本體(3)、側(cè)蓋(4)、沉頭螺釘(7)、基準(zhǔn)螺栓(8)組成。主要安裝部件包括圓螺母(2)、安裝環(huán)(5)、雙肩套筒(6)等。平衡頭在主軸
(I)上的裝配關(guān)系如圖1和圖2所示。
[0021]平衡盤本體(3)的結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示，其特征為內(nèi)外圈均是齒狀結(jié)構(gòu)，外齒圈內(nèi)側(cè)本體上距盤中心適當(dāng)半徑處加工一螺紋狀不平衡孔(Al)，兩側(cè)面中央部位各加工一個(gè)側(cè)蓋安裝槽(A3)，安裝槽內(nèi)加工8個(gè)螺紋孔(A2)。基準(zhǔn)螺栓(8)通過(guò)不平衡孔(Al)與平衡盤本體(3)固定，基準(zhǔn)螺栓(8)與不平衡孔(Al)的質(zhì)量差等效為平衡盤組件的固有不平衡質(zhì)量。側(cè)蓋(4)的結(jié)構(gòu)如圖5和圖6所示，其特征為帶中心孔的對(duì)稱盤狀結(jié)構(gòu)，盤上均勻加工四個(gè)安裝孔(A4)。側(cè)蓋(4)通過(guò)四個(gè)沉頭螺釘(7)與平衡盤本體(3)固定。安裝環(huán)(5)的結(jié)構(gòu)如圖7和圖8所示，其特征為帶外伸彈性爪(A5)的對(duì)稱環(huán)形結(jié)構(gòu)，四個(gè)彈性爪(A5)沿環(huán)帶周向均勻分布。安裝環(huán)(5)內(nèi)置于平衡盤本體(3)內(nèi)部及兩側(cè)蓋(4)之間，四個(gè)彈性爪(A5)與平衡盤本體(3)內(nèi)圈齒嚙合，形成棘輪棘爪機(jī)構(gòu)，正常工作時(shí)，由棘輪棘爪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)平衡盤組件與主軸(I)同步旋轉(zhuǎn)。雙肩套筒(6)的結(jié)構(gòu)如圖9和圖10所示，其特征為整體加工對(duì)稱式結(jié)構(gòu)。安裝環(huán)(5)通過(guò)過(guò)盈配合安裝于雙肩套筒(6)的肩部，側(cè)蓋(4)與雙肩套筒(6)的肩部之間為間隙配合。雙肩套筒(6)通過(guò)過(guò)盈配合安裝于主軸(I)的肩部，并由圓螺母(2)實(shí)現(xiàn)軸向固定。
[0022]噴嘴機(jī)構(gòu)裝配圖如圖11所示。噴嘴機(jī)構(gòu)由噴嘴(9)、壓蓋(10)、噴嘴座(11)、支架
(12)、底座(13)及沉頭螺釘(14)構(gòu)成。噴嘴(9)為整體加工部件，外形上加工標(biāo)準(zhǔn)管接頭(A6 )及噴嘴卡位槽(A7 )，噴嘴卡位槽(A7 )置于噴嘴座(11)及壓蓋(1 )的半圓槽(A8 )內(nèi)，并由沉頭螺釘(14 )通過(guò)光孔(AlO )及螺紋孔(A9 )固定。噴嘴座(11)、支架(12 )及底座(13)為整體加工式結(jié)構(gòu)。噴嘴機(jī)構(gòu)通過(guò)底座(13)安裝與平衡盤組件的下方。噴嘴機(jī)構(gòu)及平衡盤組件的位置關(guān)系如圖17所示。當(dāng)平衡盤組件相對(duì)于主軸(I)基準(zhǔn)點(diǎn)的徑向位置需要調(diào)整時(shí)，脈沖氣流通過(guò)噴嘴(9)噴向平衡盤本體(3)的齒狀外緣，一個(gè)脈沖氣流推動(dòng)平衡盤本體(3 )滑過(guò)彈性爪(A5 ) —個(gè)內(nèi)齒的角度。
[0023]2、氣動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)方案
氣動(dòng)控制系統(tǒng)用于將計(jì)算機(jī)輸出的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為高壓脈沖氣流信號(hào)，保證一個(gè)高壓脈沖氣流信號(hào)使平衡盤的位置調(diào)整一個(gè)齒的角度，系統(tǒng)原理如圖18所示。氣動(dòng)控制系統(tǒng)由噴嘴(9)、兩位兩通閥(BI)、三通(B2)、壓力表(B3)、減壓閥(B4)、氣源(B5)、高壓軟管(LI)及接頭構(gòu)成。噴嘴(9)通過(guò)高壓軟管(LI)與兩位兩通閥(BI)的出氣口相連，兩位兩通閥(BI)的進(jìn)氣口通過(guò)高壓軟管(LI)與三通(B2)的出氣口相連，三通(B2)的進(jìn)氣口通過(guò)高壓軟管(LI)與減壓閥(B4)的出氣口相連，減壓閥(B4)的進(jìn)氣口通過(guò)高壓軟管(LI)與氣源(B5)相連。減壓閥(B4)與壓力表(B3)為整體式結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)輸出的脈沖控制信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后控制兩位兩通閥(BI)電磁控制端(CS 1、CS2、CS3、CS4 )電流的通斷，進(jìn)而控制兩位兩通閥(BI)輸出高壓脈沖氣流信號(hào)。
[0024]3、電氣監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)方案
電氣監(jiān)控系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)主軸振動(dòng)及基準(zhǔn)位置監(jiān)測(cè)、平衡盤位置監(jiān)測(cè)、不平衡振動(dòng)信號(hào)分析、平衡盤調(diào)節(jié)位置計(jì)算、脈沖控制信號(hào)輸出等功能，系統(tǒng)原理如圖19所示。電氣監(jiān)控系統(tǒng)由電渦流傳感器(Cl)、光電傳感器(C2)、信號(hào)采集卡(C3)、電腦(C4)、智能多路控制器(C5)及數(shù)據(jù)線(L2)構(gòu)成。電渦流傳感器(Cl)與主軸(I)非接觸，并通過(guò)數(shù)據(jù)線(L2)與信號(hào)采集卡(C3)相連。光電傳感器(C2)與基準(zhǔn)螺栓(8、15)非接觸，并通過(guò)數(shù)據(jù)線(L2)與信號(hào)采集卡(C3)相連。信號(hào)采集卡(C3)通過(guò)PCI插槽與電腦(C4)相連。電腦(C4)通過(guò)RS232接口與智能多路控制器(C5 )相連，智能多路控制器(C5 )的四個(gè)輸出口分別與四個(gè)兩位兩通閥(BI)的控制端相連。電渦流傳感器(Cl)用于測(cè)量主軸(I)不平衡振動(dòng)信號(hào)，光電傳感器(C2)用于測(cè)量平衡盤組件及主軸(I)基準(zhǔn)信號(hào)。電腦(C4)對(duì)在線采集信號(hào)進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)計(jì)算滿足主軸系統(tǒng)不平衡量最小時(shí)平衡盤組件相對(duì)主軸基準(zhǔn)的位置。并根據(jù)位置調(diào)整要求輸出多路電脈沖信號(hào)，進(jìn)而控制平衡盤組件不平衡量相對(duì)于主軸基準(zhǔn)相位的調(diào)
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[0025]以上所述為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，我們還可對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些變換，以應(yīng)用于其他旋轉(zhuǎn)設(shè)備。只要其平衡頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想以及整體控制思想同本發(fā)明所敘述的一致，均應(yīng)視為本發(fā)明所包括的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種主動(dòng)式高速主軸在線動(dòng)平衡頭，其特征在于:平衡頭由兩個(gè)平衡盤組件及相關(guān)安裝部件組成，由兩個(gè)平衡盤組件的固有不平衡量合成平衡頭所需的校正量；平衡盤組件由平衡盤本體(3)、側(cè)蓋(4)、沉頭螺釘(7)、基準(zhǔn)螺栓(8)組成；主要安裝部件包括圓螺母(2)、安裝環(huán)(5)、雙肩套筒(6)等； 平衡盤本體(3)的特征為內(nèi)外圈均是齒狀結(jié)構(gòu)，外齒圈內(nèi)側(cè)本體上距盤中心適當(dāng)半徑處加工一螺紋狀不平衡孔(Al)，兩側(cè)面中央部位各加工一個(gè)側(cè)蓋安裝槽(A3)，安裝槽內(nèi)加工8個(gè)螺紋孔(A2);基準(zhǔn)螺栓(8)通過(guò)不平衡孔(Al)與平衡盤本體(3)固定，基螺栓(8)與不平衡孔(Al)的質(zhì)量差等效為平衡盤組件的固有不平衡質(zhì)量；側(cè)蓋(4)的特征為帶中心孔的對(duì)稱盤狀結(jié)構(gòu)，盤上均勻加工四個(gè)安裝孔(A4);側(cè)蓋(4)通過(guò)四個(gè)沉頭螺釘(7)與平衡盤本體(3)固定；安裝環(huán)(5)的特征為帶外伸彈性爪(A5)的對(duì)稱環(huán)形結(jié)構(gòu)，四個(gè)彈性爪(A5)沿環(huán)帶周向均勻分布；安裝環(huán)(5)內(nèi)置于平衡盤本體(3)內(nèi)部及兩側(cè)蓋(4)之間，四個(gè)彈性爪(A5)與平衡盤本體(3)內(nèi)圈齒嚙合，形成棘輪棘爪機(jī)構(gòu)，正常工作時(shí)，由棘輪棘爪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)平衡盤組件與主軸(I)同步旋轉(zhuǎn)；雙肩套筒(6)的特征為整體加工對(duì)稱式結(jié)構(gòu)；安裝環(huán)(5)通過(guò)過(guò)盈配合安裝于雙肩套筒(6)的肩部，側(cè)蓋(4)與雙肩套筒(6)的肩部之間為間隙配合；雙肩套筒(6 )通過(guò)過(guò)盈配合安裝于主軸(I)的肩部，并由圓螺母(2 )實(shí)現(xiàn)軸向固定； 噴嘴機(jī)構(gòu)由噴嘴(9 )、壓蓋(10 )、噴嘴座(11)、支架(12 )、底座(13 )及沉頭螺釘(14 )構(gòu)成；噴嘴(9)為整體加工部件，外形上加工標(biāo)準(zhǔn)管接頭(A6)及噴嘴卡位槽(A7)，噴嘴卡位槽(A7)置于噴嘴座(11)及壓蓋(10)的半圓槽(AS)內(nèi)，并由沉頭螺釘(14)通過(guò)光孔(AlO)及螺紋孔(A9)固定；噴嘴座(11)、支架(12)及底座(13)為整體加工式結(jié)構(gòu)；噴嘴機(jī)構(gòu)通過(guò)底座(13)安裝與平衡盤組件的下方；當(dāng)平衡盤組件相對(duì)于主軸(I)基準(zhǔn)點(diǎn)的徑向位置需要調(diào)整時(shí)，脈沖氣流通過(guò)噴嘴(9)噴向平衡盤本體(3)的齒狀外緣，一個(gè)脈沖氣流推動(dòng)平衡盤本體(3 )滑過(guò)彈性爪(A5 ) —個(gè)內(nèi)齒的角度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式高速主軸在線動(dòng)平衡頭的控制系統(tǒng)，其特征在于:控制系統(tǒng)包括氣動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)兩部分； 氣動(dòng)控制系統(tǒng)由噴嘴(9)、兩位兩通閥(BI)、三通(B2)、壓力表(B3)、減壓閥(B4)、氣源(B5)、高壓軟管(LI)及接頭構(gòu)成；噴嘴(9)通過(guò)高壓軟管(LI)與兩位兩通閥(BI)的出氣口相連，兩位兩通閥(BI)的進(jìn)氣口通過(guò)高壓軟管(LI)與三通(B2)的出氣口相連，三通(B2)的進(jìn)氣口通過(guò)高壓軟管(LI)與減壓閥(B4)的出氣口相連，減壓閥(B4)的進(jìn)氣口通過(guò)高壓軟管(LI)與氣源(B5)相連；減壓閥(B4)與壓力表(B3)為整體式結(jié)構(gòu)；計(jì)算機(jī)輸出的脈沖控制信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后控制兩位兩通閥(BI)電磁控制端(CS 1、CS2、CS3、CS4 )電流的通斷，進(jìn)而控制兩位兩通閥(BI)輸出高壓脈沖氣流信號(hào)； 電氣監(jiān)控系統(tǒng)由電渦流傳感器(Cl)、光電傳感器(C2)、信號(hào)采集卡(C3)、電腦(C4)、智能多路控制器(C5)及數(shù)據(jù)線(L2)構(gòu)成；電渦流傳感器(Cl)與主軸(I)非接觸，并通過(guò)數(shù)據(jù)線(L2)與信號(hào)采集卡(C3)相連；光電傳感器(C2)與基準(zhǔn)螺栓(8、15)非接觸，并通過(guò)數(shù)據(jù)線(L2)與信號(hào)采集卡(C3)相連；信號(hào)采集卡(C3)通過(guò)PCI插槽與電腦(C4)相連；電腦(C4)通過(guò)RS232接口與智能多路控制器(C5)相連，智能多路控制器(C5)的四個(gè)輸出口分別與四個(gè)兩位兩通閥(BI)的控制端相連；電渦流傳感器(Cl)用于測(cè)量主軸(I)不平衡振動(dòng)信號(hào)，光電傳感器(C2)用于測(cè)量平衡盤組件及主軸(I)基準(zhǔn)信號(hào)；電腦(C4)對(duì)在線采集信號(hào)進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)計(jì)算滿足主軸系統(tǒng)不平衡量最小時(shí)平衡盤組件相對(duì)主軸基準(zhǔn)的位置；并根據(jù)位置調(diào)整要求輸出多路電脈沖信號(hào)，進(jìn)而控制平衡盤組件不平衡量相對(duì)于主軸基準(zhǔn)相位的調(diào)節(jié)。
【文檔編號(hào)】G01M1/38GK105865715SQ201510032364
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年1月23日
【發(fā)明人】張仕海
【申請(qǐng)人】天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)