[发明专利]一种内置式高速主轴双面在线动平衡装置及其控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种可置于主轴箱内部的高速主轴在线动平衡装置及其控制系统，属于精密超精密加工及自动化领域。

背景技术

随着国际机床行业向高速、高精度、高效等方向的发展。主轴系统不平衡问题越来越成为制约我国机床在转速、精度等方面性能提高的关键性问题。

转子旋转时所产生的不平衡离心力与转速的平方成正比，而高速主轴系统旋转时转速非常高，若高速主轴系统有极小的不平衡量，也会产生非常大的不平衡离心力，引起机床振动、轴承磨损等故障。因此，高速主轴系统的不平衡量严重影响着机床的加工精度和使用寿命，为保证机床的加工精度必须设法减小高速主轴系统的不平衡量。

转子系统动平衡的任务就是确定高速主轴系统不平衡量的大小和方向，然后在其相反的方向某一半径处加一平衡质量，使附加不平衡量与主轴系统不平衡量的大小相等、方向相反，以减小或消除高速主轴系统的不平衡量。转子动平衡技术通常分为工艺动平衡、现场动平衡、在线动平衡。工艺动平衡是指在动平衡机上进行的平衡；现场动平衡是指转子在实际工作的条件下，利用一些现场测试和分析设备对转子实施的平衡操作；在线动平衡是指在机组不停机的状态下，利用一种自动控制机构来实现对转子系统平衡的方法。

在线动平衡可在主轴工作转速下自动识别不平衡量的大小和相位，并自动完成平衡工作，与传统的平衡方法相比，具有避免频繁开关机试重，提高平衡效率和精度，同时可根据机床加工工况的改变等因素的影响，对不平衡量实施自动平衡的优点。因此高速主轴系统自动在线平衡越来越得到人们的关注。

目前，通过控制转子上的质量重新配置，通过质量补偿来实现动平衡调节的动平衡装置主要有：喷涂型、喷液型、激光去重型以及电磁型等。其中喷涂型、喷液型和激光去重型自动平衡法存在平衡精度低等问题，难于在高速高精度旋转设备中应用；电磁型在线动平衡技术由于其机械执行部件及控制系统复杂、稳定性差、效率低及成本偏高等缺点，也难于在工程实际中应用。其他相关装置多具有结构和驱动机构复杂，尤其是轴向尺寸较大，难以在现有的机床上实现应用等缺点。因此，研究结构简单，轴向尺寸较小，准确可靠，实际应用时对现有机床主轴系统改动不大的动平衡装置及其控制系统，对于高速精密超精密加工具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有高速主轴在线动平衡装置结构和驱动系统复杂，轴向尺寸较大，难以在现有的机床上实现应用，且多用于单平面平衡等缺点，提出了一种液压驱动、摩擦力矩实现差速并稳定，可置于主轴箱内部的高速主轴双面在线动平衡装置及其控制系统。系统具有工作原理简单、机构容易实现、轴向尺寸小、无电磁干扰等特点。

为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

一种内置式高速主轴双面在线动平衡装置，包括有两个平衡头，平衡头采用对称式结构设计，每个平衡头包括两个平衡盘合成所需调节的不平衡量；其特征在于：

所述的平衡头包括两个平衡盘1、啮合齿座2、复位簧片3、油囊4，油囊架12；啮合齿座2两侧对称分布着平衡盘1，啮合齿座2和平衡盘1之间通过啮合齿来啮合，两个平衡盘1内侧对称布置有三个油囊支架12，油囊支架12上的通孔连接有油囊4，油囊4与平衡盘1之间装一承摩簧片5上，平衡盘1上有构成不平衡量的缺口，平衡盘1的外侧布置且沿主轴周向均匀分布的三个复位簧片3，一侧的复位簧片3由簧片连接环10相连并与主轴固定；

平衡盘1具有构成不平衡量的缺口及单向啮合齿6，单向啮合齿6沿平衡盘齿1圈周向均匀分布，啮合齿座2具有双向啮合齿7，与平衡盘1的啮合齿相配合，其通过圆柱销15与主轴8固定；平衡盘1与啮合齿座2通过复位簧片3及油囊4-承摩簧片5机构实现啮合或分离；

三个复位簧片3通过连接螺钉9与簧片连接环10固定连接，构成复位簧片组；平衡盘1、复位簧片组与主轴连接；四个平衡盘1对应四组复位簧片组，分为内外各两组，内复位簧片组Z1用于两内侧平衡盘的复位、压紧，空套于主轴上，由轴肩定位；外复位簧片组Z2用于两外侧平衡盘的复位、压紧，并空套于主轴上，由两锁紧螺母16进行定位及调节预紧力；

油管接头11与油囊架12连接，通过油囊架12内部油路对油囊供油，油囊4、承摩簧片5均与油囊架12固定连接；油囊架12与主轴箱体14通过连接螺栓13连接；承摩簧片5位于油囊4与平衡盘1之间，且油囊4内低油压时，承摩簧片5与平衡盘1不接触，平衡盘1与啮合齿座2啮合；油囊4内高油压时，油囊4的膨胀力通过承摩簧片5作用于平衡盘，推动平衡盘1与啮合齿座2分离。