專利名稱：動(dòng)態(tài)補(bǔ)償平衡器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及平衡裝置，特別是平衡旋轉(zhuǎn)物體的裝置，而這些旋轉(zhuǎn)物體有著變化的質(zhì)量中心。
不斷追求更高的生產(chǎn)率和更高的加工精度給許多制造業(yè)提出了一些不易解決的問(wèn)題。設(shè)計(jì)制造高效和準(zhǔn)確加工圓形工件的設(shè)備的挑戰(zhàn)已擴(kuò)展到機(jī)床，該機(jī)床是用靠模頭加工一個(gè)不動(dòng)的工件。紐莫瑞玻TM(Numeribore·TM)機(jī)床是靠模機(jī)床的一個(gè)典型例子，它是由愛(ài)姆塞國(guó)際公司(AMCAInterrationalCorporation)戴維斯工具部(DavisToolDivision)制造的。
高速旋轉(zhuǎn)需要新式的靠模機(jī)床，因此，靠模頭必須精確地平衡。不平衡條件會(huì)導(dǎo)致不準(zhǔn)確的幾何形狀。當(dāng)用靠模頭切削尺寸有變化的孔或旋轉(zhuǎn)的錐表面時(shí)，刀具和刀具滑板相對(duì)旋轉(zhuǎn)軸線變化的距離要求施加相應(yīng)變化的平衡力。
當(dāng)使用比較小的靠模頭時(shí)，平衡問(wèn)題會(huì)更嚴(yán)重。許多情況下，在用靠模頭加工特殊工件而靠模頭需用小包絡(luò)體時(shí)，提供足夠的質(zhì)量以適當(dāng)?shù)仄胶馇邢鞴ぞ吆突迨鞘掷щy的。在靠模頭滑板行程較大，旋轉(zhuǎn)速度比較高時(shí)，問(wèn)題更為突出。
人們已經(jīng)做了工作，試圖解決上述問(wèn)題。例如，美國(guó)4577535專利介紹了一種帶有平衡的靠模頭的靠模機(jī)床。在靠模頭內(nèi)部有一對(duì)嚙合的平衡重。平衡重是沿著旋轉(zhuǎn)軸線的徑向方向移動(dòng)。與切削刀具和滑板的運(yùn)動(dòng)方向相反。雖然4577535專利系統(tǒng)一般說(shuō)來(lái)還令人滿意，但是它的最大運(yùn)轉(zhuǎn)速度比所要求的低一些。美國(guó)專利460464號(hào)公開(kāi)了具有平衡的鏜削頭，但其刀具行程十分有限。其他已知的平衡系統(tǒng)也不能滿意地補(bǔ)償徑向可移動(dòng)件的位置變化以及高速靠模頭的徑向可移動(dòng)件的載荷變化。
本發(fā)明提供了一種動(dòng)態(tài)補(bǔ)償平衡器，適用相當(dāng)廣泛的速度變化以及質(zhì)量偏距中心和偏心部件質(zhì)量的變化。它是由流體驅(qū)動(dòng)的平衡重和伺服機(jī)構(gòu)控制的調(diào)諧系統(tǒng)這樣的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
動(dòng)態(tài)平衡補(bǔ)償器可以裝在機(jī)床的靠模頭內(nèi)，裝上的靠模頭繞中心軸線旋轉(zhuǎn)?？磕ｎ^可以安裝到普通的床頭箱轉(zhuǎn)動(dòng)式的軸套上。靠模頭包括一個(gè)機(jī)架，機(jī)架被導(dǎo)入軸套并用螺釘固定在軸套上。機(jī)架形成一個(gè)T型通道，滑板可沿著中心軸線的徑向方向往復(fù)滑動(dòng)。切削刀具固定在滑板上。
要使滑板和切削刀具能夠徑向移動(dòng)，靠模頭包含一個(gè)由裝在軸套內(nèi)的心軸驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。心軸在傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的控制下沿著中心軸線作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在心軸與靠模頭之間的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，最好是一個(gè)技術(shù)上已知的消除間隙的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如緊攏齒輪系。在旋轉(zhuǎn)軸套中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的心軸產(chǎn)生相應(yīng)的滑板和切削刀具的徑向移動(dòng)，以適應(yīng)正在由靠模頭加工的工件的直徑或輪廓的變化。
靠模加工時(shí)為補(bǔ)償滑板和切削刀具徑向位置的變化，本發(fā)明的靠模頭包含一塊平衡重，它被安裝在靠模頭滑板和機(jī)架凹部的位置。平衡重在與滑板組同平面內(nèi)以相反方向作往復(fù)平行運(yùn)動(dòng)。在優(yōu)先選用的實(shí)施例中，平衡重相對(duì)于滑板相反方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，是由平衡機(jī)構(gòu)來(lái)完成的。平衡機(jī)構(gòu)被固定在靠模頭機(jī)架上，該機(jī)構(gòu)至少有兩個(gè)分別帶有殼體的液體油缸，其中一個(gè)油缸的活塞桿聯(lián)接到滑板上，另一個(gè)油缸的活塞桿與平衡重相聯(lián)。在第一個(gè)活塞側(cè)邊或滑板油缸有通孔直到第二個(gè)油缸活塞的側(cè)面，在兩個(gè)油缸之間放入了一定量的不可壓縮液體。任何一個(gè)油缸活塞桿一側(cè)沒(méi)有也無(wú)須液體。
平衡重和滑板是這樣設(shè)計(jì)的，使他們各自的質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心軸線的徑向相反，從中心軸的軸向方向觀察，不考慮他們?cè)诳磕ｎ^機(jī)架中的相互位置。此外，平衡重的質(zhì)量中心位于中心軸線和第二油缸或平衡重油缸之間。這樣，當(dāng)靠模頭繞中心軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，平衡重對(duì)第二個(gè)油缸內(nèi)的液體作用一個(gè)離心力，進(jìn)而在兩個(gè)油缸的活塞上產(chǎn)生壓力。由于滑板是數(shù)控控制，油缸內(nèi)的壓力對(duì)于滑板的位置沒(méi)有影響。
當(dāng)機(jī)架內(nèi)的滑板由數(shù)控的心軸帶動(dòng)而徑向移動(dòng)時(shí)，第一油缸的活塞也移動(dòng)相等的距離。在兩個(gè)油缸之間的流體在各自的活塞端部流動(dòng)從而使第二個(gè)滑缸活塞移動(dòng)一個(gè)距離。該距離與滑板和第一個(gè)油缸活塞行程成正比。在機(jī)架內(nèi)的多個(gè)油缸是這樣安置的，使得平衡重位移與滑板位移的方向相反。當(dāng)滑板在滑離第一滑缸的方向時(shí)，于平衡重產(chǎn)生的對(duì)第二油缸內(nèi)流體的離心力的壓力，使得兩個(gè)油缸都充滿了流體。這樣，滑板和第一油缸起著泵的作用，使得第二油缸的活塞跟著從動(dòng)，平衡重平衡徑向移動(dòng)的滑板和刀具。
由于工業(yè)上應(yīng)用的靠模頭在空間上的限制，組成平衡重的某些部件最好采用高密度的材料。另外，平衡重的質(zhì)量最好大于滑板和刀類的質(zhì)量。因此，要適當(dāng)平衡滑板，平衡重位移無(wú)須與相應(yīng)滑板的位移一樣大?；搴推胶庵氐南鄬?duì)位置可以確定一個(gè)比率，而不是整數(shù)，并通過(guò)使用不等面積的油缸來(lái)完成。
此外，按照本發(fā)明，靠模頭不用移動(dòng)滑板，也可以在動(dòng)態(tài)下進(jìn)行補(bǔ)償，校正不平衡狀態(tài)。由于各種旋轉(zhuǎn)部件假定的位置或質(zhì)量，例如刀具，或滑板和平衡重油缸的定標(biāo)有變化或不準(zhǔn)確，都會(huì)引起小的但有害的不平衡。為提供動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，本發(fā)明包含第三個(gè)液力油缸。這第三個(gè)或動(dòng)態(tài)補(bǔ)償油缸可以是單作用式，液體僅在活塞的端部。第三油缸活塞端部位于靠模頭機(jī)架內(nèi)，其中的液體和一個(gè)與第一、第二油缸液體封閉的系統(tǒng)相聯(lián)。這樣，在第二油缸及其油路通道內(nèi)就可注入一定量的液體。
第三油缸活塞桿聯(lián)接到一個(gè)補(bǔ)償環(huán)上，該環(huán)被定向在床頭箱軸套上，使之可以同軸套一起旋轉(zhuǎn)。補(bǔ)償環(huán)能相對(duì)于軸套和靠模頭機(jī)架作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。該環(huán)在軸套上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)使第三油缸活塞相對(duì)于靠模頭機(jī)架移動(dòng)。第三油缸活塞的移動(dòng)改變了該油缸活塞端的液體量。由旋轉(zhuǎn)的平衡重產(chǎn)生并作用在第二油缸上的離心力在留聚的液體上形成壓力。當(dāng)補(bǔ)償環(huán)第三油缸活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，液體的壓力確保第三油缸活塞端部總是充滿液體。由于滑板是數(shù)控控制，在第二和第三油缸內(nèi)的液體變化時(shí)，第一油缸活塞不改變位置。在這個(gè)方法中，平衡器系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力下的不平衡條件可得到補(bǔ)償而無(wú)須移動(dòng)滑板。當(dāng)補(bǔ)償環(huán)作軸向移運(yùn)時(shí)，而避免補(bǔ)償環(huán)聯(lián)接到第三油缸所產(chǎn)生的集中的力，最好是三個(gè)或更多的油缸大致等距離地環(huán)繞補(bǔ)償環(huán)和機(jī)架來(lái)安置。
補(bǔ)償環(huán)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)固定在床頭箱上的帶螺紋的部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。有螺紋的環(huán)形部件聯(lián)接到一個(gè)套環(huán)的螺紋上。套環(huán)與齒輪裝配在一起，齒輪則通過(guò)適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)輪系與伺服馬達(dá)相聯(lián)接。伺服馬達(dá)通電后，使套環(huán)相對(duì)于床頭箱和帶有螺紋的環(huán)形部件轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使套環(huán)相對(duì)于床頭箱作軸向移動(dòng)。補(bǔ)償環(huán)通過(guò)一個(gè)止推軸承與套環(huán)耦聯(lián)，這樣補(bǔ)償環(huán)就隨套環(huán)一起作軸向移動(dòng)。結(jié)果，通電的伺服馬達(dá)使套環(huán)相對(duì)于床頭箱轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)螺紋的聯(lián)接，使套環(huán)、補(bǔ)償環(huán)和第三油缸活塞作軸向移動(dòng)，改變平衡重的徑向位置而無(wú)須靠模頭滑板的移動(dòng)。在伺服馬達(dá)的作用下。套環(huán)和補(bǔ)償環(huán)之間的止推軸承允許在這兩部件間作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明為了控制伺服馬達(dá)以便維持靠模頭的動(dòng)態(tài)平衡，在機(jī)床床頭箱上可以安裝一個(gè)眾所周知的加速度計(jì)。加速度計(jì)安裝在控制線路內(nèi)，以此來(lái)檢測(cè)至少在最大床頭箱柔量的平面內(nèi)的不平衡力。來(lái)自加速度計(jì)的信號(hào)送入跟蹤濾波器，去掉除了心軸速度以外的所有頻率。濾波后的信號(hào)用來(lái)控制伺服馬達(dá)。結(jié)果是動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)僅僅對(duì)這類的振動(dòng)起補(bǔ)償作用，該類振動(dòng)與心軸的旋轉(zhuǎn)頻率相同，并在床頭箱最大柔量的平面產(chǎn)生振動(dòng)。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的說(shuō)明?？梢愿宄乩斫獗景l(fā)明相比已有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。
圖1是一臺(tái)典型機(jī)床的側(cè)視圖，該機(jī)床使用了本發(fā)明的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償平衡器;
圖2是圖1中沿2-2線箭頭方向的視圖;
圖3是圖2中沿3-3線的截面視圖;
圖4是過(guò)本發(fā)明靠模頭的旋轉(zhuǎn)中心軸線的截面視圖;
圖5是沿圖4中5-5線的截面視圖;
圖6是沿圖4中6-6線的截面視圖;
圖7是沿圖4中7-7線的截面視圖;
圖8是為本發(fā)明的平衡系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的視圖，其中部分是斷開(kāi)面，部分是剖面，
圖9是本發(fā)明的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償平衡器的控制框圖。
雖然下面將對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明，并能夠使普通技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。但是在這里的具體結(jié)構(gòu)僅是作為本發(fā)明的例示，本發(fā)明也可能采用其他特殊結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求限定。
圖1中，靠模頭1即包含有本發(fā)明。靠模頭安裝在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床5的床頭箱3上。然而，本發(fā)明不僅限于在機(jī)床上應(yīng)用。
機(jī)床5包括床身7，它通過(guò)水平支撐物11固定在地基9上。垂直立柱13緊固到床身7上。立柱13上有垂直滑道15，在床頭箱3沿Y軸方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)起導(dǎo)向作用。立柱滑道面確定了一個(gè)垂直平面。座架17安裝在床身7上，它可以沿W軸在第一水平方向往復(fù)移動(dòng)，并平行于立柱滑道15面所確定的平面。床架17包括為裝配和導(dǎo)向平盤19，使之作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌。平盤的運(yùn)動(dòng)沿X軸水平方向，垂直于床架17的運(yùn)動(dòng)方向。
工件21可以直接固定在機(jī)床平盤19上，如圖所示，工件21也可以固定在一個(gè)夾緊裝置23上，象已知技術(shù)中的旋轉(zhuǎn)平盤或機(jī)件可換托板架。圖示的工件是一有水平軸線27的象征性的旋轉(zhuǎn)錐面225，并將由機(jī)床5加工。表面25是作為孔來(lái)說(shuō)明的，但是，使用本發(fā)明同樣可以加工外旋轉(zhuǎn)面。
如圖4所示，軸套37安裝在床頭箱3上并可繞中心軸線31旋轉(zhuǎn)。中心軸線31定義一個(gè)Z軸。軸套37的軸頸安放于床頭箱上軸承39內(nèi)。軸套的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是由帶鍵的大齒輪41提供的。為使大齒輪41轉(zhuǎn)動(dòng)，它與一個(gè)由馬達(dá)43驅(qū)動(dòng)的適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)輪系(未畫出)相嚙合(圖1)。
由靠模頭1來(lái)完成工件上的孔25的加工，靠模頭安裝在床頭箱3上，并可繞中心軸線31旋轉(zhuǎn)。靠模頭包括緊固在刀架32上的切削刀具29，而刀架32又固定在滑板33上。如圖2所示，滑板33可在機(jī)架35內(nèi)一個(gè)垂直于中心軸線的平面內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；蹇稍跈C(jī)架開(kāi)放端36與關(guān)閉端38之間，按箭頭34所示的方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。下面將介紹使得滑板作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。
為將靠模頭1可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到靠模機(jī)床床頭箱3上，靠模頭機(jī)架35被聯(lián)接到床頭箱軸承37上。如圖4所示，靠模頭機(jī)架35有一導(dǎo)向軸45，它準(zhǔn)確地定位在軸套的一個(gè)孔內(nèi)。為了旋轉(zhuǎn)的要求，螺釘47將機(jī)架聯(lián)接到軸套上。
為使滑板33作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，心軸49可在軸套37內(nèi)軸向滑動(dòng)，通過(guò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪系51驅(qū)動(dòng)滑板。由圖示的結(jié)構(gòu)可見(jiàn)，驅(qū)動(dòng)輪系51由一組固定在滑板內(nèi)表面54的一組齒條53所組成。兩組嚙合的齒輪55和57安放在心軸49和滑板齒條53之間。為了驅(qū)動(dòng)齒輪53和57以及滑板，齒條59聯(lián)接到加工成平的心軸的延長(zhǎng)部58上。
齒輪系51最好是采用消除齒隙的設(shè)計(jì)。如圖5所示，齒輪組55是由安裝在同一軸61上的兩個(gè)齒輪55a和55b所組成，軸61安裝在靠模頭機(jī)架35上。第二個(gè)齒輪組57是由安裝在同一軸63上的兩個(gè)齒輪57a和57b所組成。齒輪57a與齒條組53的齒條53a相嚙合，齒條固定在滑板內(nèi)表面54上。齒條53b在滑板上是可調(diào)整的。為此，一個(gè)楔形物60(圖4)放入齒條53b的一端與在滑板33上形成的斜面62之間。螺栓80將楔形物60固定。緊固螺栓80，楔形物沿表面62滑動(dòng)并移動(dòng)齒條53b。結(jié)果齒輪57a、57b和55a、55b相對(duì)于心軸齒條59、和滑動(dòng)齒條53a轉(zhuǎn)動(dòng)，從而去除驅(qū)動(dòng)輪系51的所有齒輪間隙。如果需要可以通過(guò)楔形物將預(yù)先規(guī)定的初載加到驅(qū)動(dòng)輪系上。
消除齒隙的驅(qū)動(dòng)輪系51的結(jié)構(gòu)，使心軸49沿Z軸的軸向移動(dòng)帶來(lái)十分精確的靠模頭滑板33的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。該滑板是在垂直于Z軸的垂直平面內(nèi)。為了提供在機(jī)架35內(nèi)滑板位置的反饋，靠模頭1包含一個(gè)安裝在機(jī)架上的感應(yīng)式傳感器標(biāo)度64和安裝在滑板上的滑塊66(圖5)。正如在技術(shù)上已知的，感應(yīng)式傳感器標(biāo)度64和滑塊66被結(jié)合進(jìn)靠模機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)。
為在機(jī)架35內(nèi)準(zhǔn)確卡住并定向滑板33，靠模頭1包含幾個(gè)夾條，如圖2，圖5和圖6所示。夾條68和70倚著機(jī)架在平行于Z軸的方向卡住滑板。夾條72在Z軸的橫向方向倚著固定在機(jī)架上的平板74夾持住滑板?；?、夾條和平板74之間配合表面的潤(rùn)滑，是通過(guò)在這些部件和機(jī)架上的鉆出的通道來(lái)完成的。向機(jī)架提供潤(rùn)滑是通過(guò)在心軸49和滑板之間的柔性導(dǎo)管77來(lái)實(shí)現(xiàn)的(圖4)。使用常規(guī)刮油器和封條使心軸的潤(rùn)滑油的泄漏和機(jī)架入口的污染減至到最小程度(圖2)。
由圖3、圖4和圖5可見(jiàn)，靠模頭滑板33有四個(gè)內(nèi)腔。第一個(gè)內(nèi)腔65提供的空間用于這樣一個(gè)機(jī)構(gòu)，使刀架32剛性但又可移動(dòng)地安裝到滑板上。這樣的機(jī)構(gòu)并不構(gòu)成本發(fā)明的任何部分，因此不再進(jìn)一步討論它?；?3進(jìn)一步限定一個(gè)中心腔67和一對(duì)小的側(cè)腔69和71。內(nèi)腔65，67，69和71在滑板外端73處敞開(kāi)，由平板75封蓋住。內(nèi)腔在滑板里端79處敞開(kāi)。
當(dāng)滑板33，刀架32和其它安裝在滑板上的部件，由于心軸數(shù)控系統(tǒng)的作用相對(duì)中心軸線31作徑向移動(dòng)時(shí)，為補(bǔ)償滑板、刀架和其它部件的質(zhì)量，本發(fā)明組成平衡系統(tǒng)81。在選用的結(jié)構(gòu)中，平衡系統(tǒng)81包括一對(duì)液力油缸83和85以及平衡重87。根據(jù)靠模頭1的尺寸，可以不只使用一個(gè)油缸83和/或85。液力油缸83或85可以是單作用式，即液體僅作用在各自活塞的端面。每個(gè)油缸殼都聯(lián)到一個(gè)共同的支管86上，該支管又固定在靠模頭機(jī)架35上。支管86造有內(nèi)通道88，將兩個(gè)油缸的活塞端部聯(lián)接起來(lái)。然后，一定量的液體被放入油缸活塞端和支管通道88內(nèi)。
平衡重87由三個(gè)主塊和幾個(gè)小部件所組成。由圖6、圖7可見(jiàn)第一主平衡重塊90有一截面可滑動(dòng)地裝配在滑板中心內(nèi)腔67內(nèi)。U形導(dǎo)軌93a和93b固定在內(nèi)腔67的里面，為平衡重塊90導(dǎo)向。同樣，主平衡重塊89和91由分別在機(jī)架內(nèi)腔69和71的導(dǎo)軌95和97導(dǎo)向。為了減小在平衡重和導(dǎo)軌93a，93b，95和97之間的摩擦，三個(gè)主塊89，90和91的滑動(dòng)表面最好鍍上一層低摩擦力材料，例如如隴(Rulon)反摩擦材料。
下面結(jié)合圖4、圖5、圖6和圖7，說(shuō)明滑板33和平衡重87之間的相互聯(lián)接。指示號(hào)99表示有一底面支腿100的U形座架。油缸85的活塞桿108聯(lián)接到U形座架底面支腿100上。U形座架99的前面緊固在頂部平板102上。一個(gè)較小的底板104固定在有適當(dāng)切口的U形座架的背面。延伸過(guò)U形座架，前平板102和背平板104的緊固器將一對(duì)底板106和108緊固起來(lái)。底板1106和108的安放大致分別與滑板內(nèi)腔69和71對(duì)正。調(diào)整墊107和110分別放在底板106、108和平衡重塊89和91的端部之間。螺栓112分別將平衡重塊固定在底板上。于是，平衡重87包括座架99;平板102，104，106和108;調(diào)整墊107和110。調(diào)整墊的厚度107和110可以變化，以便改變平衡重塊89和91的位置。這樣就可以得到最佳平衡重的位置以適應(yīng)在改變滑板33上刀具位置時(shí)的變化。油缸83的活塞桿101聯(lián)接到滑板上，并通過(guò)螺母114緊固到滑板內(nèi)端79上。
當(dāng)數(shù)控心軸49通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)51使滑板33作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在油缸83里的液體，被迫排除或吸入其活塞端。同時(shí)，液體被迫進(jìn)入或排出油缸85的活塞端。結(jié)果，U形座架99，平板102，104106，108;調(diào)整墊107和110以及平衡重主塊89，90和91一起與滑板作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，但與滑板運(yùn)動(dòng)方向相反。
在圖1至圖6中，靠模頭滑板33和刀架32都顯示在最大徑向的位置，即到中心軸線31最遠(yuǎn)的設(shè)計(jì)距離。在這種情況下，油缸83的活塞桿101完全伸出，油缸85的活塞桿103則完全收回通過(guò)心軸49將活塞桿101推入油缸83，使滑板向中心軸線移動(dòng)油缸83受壓的液體通過(guò)支管通道88進(jìn)入油缸85的活塞端部?；钊麠U103被擠壓出油缸85，使平衡重87向中心軸線移動(dòng)，滑板則力圖吸收平衡重相反方向的運(yùn)動(dòng)。由于平衡重87與滑板位于同一個(gè)旋轉(zhuǎn)總平面內(nèi)，高速旋轉(zhuǎn)引起的動(dòng)態(tài)不平衡問(wèn)題被減到最低程度。
當(dāng)靠模頭1不旋轉(zhuǎn)時(shí)，在油缸83和85以及支管86內(nèi)的液體壓力為每平方吋零磅。平衡重塊89、90和91是這樣設(shè)計(jì)的，使其各自的質(zhì)量中心位于中心軸線31和油缸85之間。于是，當(dāng)靠模頭旋轉(zhuǎn)時(shí)，平衡重87對(duì)活塞桿103施加一個(gè)離心力。接著，活塞桿力在液壓液體中產(chǎn)生壓力。當(dāng)滑板從機(jī)架封密端38和油缸83移離時(shí)，液體的壓力確保液體適當(dāng)?shù)爻錆M油缸83。由于作用在油缸885液體上的力是隨著靠模頭旋轉(zhuǎn)速度的平方而增加，因此，總有足夠的液壓力保證適當(dāng)?shù)钠胶膺\(yùn)轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的特點(diǎn)是，滑板33和平衡重87各自的位移無(wú)須相等。平衡重位移相對(duì)于滑板位移可以定出一個(gè)比例，最好這個(gè)比例由所設(shè)計(jì)具有適當(dāng)面積的油缸83和85來(lái)達(dá)到。在


的實(shí)例中，油缸85活塞的面積比油缸83的要大一些，因此，給定的滑板位移導(dǎo)致平衡重較小的位移。
在保持平衡條件下，為使平衡重的位移比相應(yīng)的滑板位移小，平衡重塊89，90和91由高密度材料制成。一種合適的材料是碳鎢合金粉末，溶化為平衡重塊的特殊形狀。這種材料的密度大約是鋼的2.6倍。為使平衡部件質(zhì)量達(dá)到最大值，前板102，后板104，側(cè)板106和108以及調(diào)整墊107均由這種高密度材料制成。這種高密度平衡重件提供的顯著優(yōu)點(diǎn)是在滑板33和機(jī)架35內(nèi)占據(jù)空間最小，并且在相當(dāng)接近中心軸31的徑向位置時(shí)也能發(fā)揮正常作用。高密度機(jī)件和位移比例在設(shè)計(jì)靠模頭1時(shí)是十分重要的，可以使之有較小的殼套但有較大的滑板位移。
當(dāng)滑板33在最大徑向位移位置時(shí)，平衡重87從滑板內(nèi)端79凸出一個(gè)相當(dāng)大的距離。為導(dǎo)向凸出的平衡重，一對(duì)鍵105固定到靠近密封端38的機(jī)架35上，正如圖6所示。在平衡重底板106和108上形成的槽口在鍵105上滑移。這樣為凸出在滑板導(dǎo)向軌93，95和97之外的平衡重部分提供導(dǎo)向。
此外，按照本發(fā)明，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償平衡器能夠調(diào)整平衡重87的徑向位置，而無(wú)須滑板33作相應(yīng)的移動(dòng)。不平衡會(huì)在工件孔25(圖1)產(chǎn)生失圓幾何形狀，為取得在這種條件下的最佳平衡，這種平衡重的調(diào)整是重要的。
在選用的實(shí)例中，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是由這樣的裝置完成的，它包括至少一個(gè)，最好是多個(gè)通向油缸83和85的補(bǔ)償油缸。由圖8可見(jiàn)，液體油缸109具有活塞端部111，被牢固地夾持在靠模頭機(jī)架35內(nèi)。補(bǔ)償油缸109是單作用式，因此在活塞桿117側(cè)沒(méi)有液體存在。最好是使用三個(gè)補(bǔ)償油缸，并且等距離環(huán)繞機(jī)架排列。但是，如果有特殊應(yīng)用的要求，用的油缸數(shù)也可以多于三個(gè)。在每個(gè)活塞端部111的液體經(jīng)過(guò)帶有密封(例如O形環(huán)113)的孔分別通向機(jī)架內(nèi)鉆加工的通道115。如果需要，也可使用與機(jī)架非一體式的液體通道。所有的補(bǔ)償油缸的通道115彼此相聯(lián)，因此，油缸之間是液力相聯(lián)的。此外，在機(jī)架內(nèi)的補(bǔ)償油缸通道有內(nèi)通到支管86的通道88(如圖4所示)。這樣，滯留在油缸83和85之間的液體也包括滯留在聯(lián)接補(bǔ)償油缸通道115的液體。由于滯留液體體積不可壓縮，任何一個(gè)活塞的位移都會(huì)引起其他活塞相應(yīng)的位移。
為使油缸109的活塞位移，桿117聯(lián)接到補(bǔ)償環(huán)119上。在圖示的結(jié)構(gòu)中，補(bǔ)償環(huán)119的形狀基本是環(huán)形，它套在軸套凸緣123的周緣121上補(bǔ)償環(huán)上形成有突齒125，突齒對(duì)應(yīng)于各油缸活塞桿，突齒處并安放油缸活塞桿。突齒125分別裝在軸套凸緣周圍121上加工的切口127中。補(bǔ)償環(huán)通過(guò)在兩個(gè)部件間延長(zhǎng)的銷(未畫出)與靠模頭機(jī)架35一同旋轉(zhuǎn)。
補(bǔ)償環(huán)119可以在機(jī)架35上沿Z軸作軸向移動(dòng)。這種軸向移動(dòng)改變了在補(bǔ)償油缸活塞端部111液體的容積，并會(huì)對(duì)油缸83和85的液體容積有相應(yīng)的影響。但是，在加工狀態(tài)下，滑板33是在心軸49和緊攏齒輪系51的數(shù)控下。因此，沒(méi)有額外的液體由油缸109進(jìn)入或離開(kāi)油缸83。在補(bǔ)償油缸中液體容積的總的變化僅收納在平衡重油缸85中。這樣，在軸套上的補(bǔ)償環(huán)的軸向移動(dòng)使油缸85的活塞桿103移動(dòng)，從而影響平衡重87的位置。
為使補(bǔ)償環(huán)119相對(duì)于靠模頭機(jī)架35作軸向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可以使用各種方法，例如齒條和齒桿。在圖示中，軸向運(yùn)動(dòng)是通過(guò)在床頭箱3和補(bǔ)償環(huán)之間的螺紋聯(lián)接件實(shí)現(xiàn)的。安裝在補(bǔ)償環(huán)119上的是止推軸承129。一個(gè)環(huán)形套環(huán)131(結(jié)構(gòu)上可能是兩塊，即131a和131b)安裝在軸承129外徑。套環(huán)塊131b有內(nèi)螺紋135。安裝到床頭箱3的表面是有外螺紋的環(huán)137，與套環(huán)塊131b的螺紋135聯(lián)接。為從補(bǔ)償環(huán)和補(bǔ)償油缸109獲快速響應(yīng)，螺紋最好有相對(duì)高的螺距，大約0.5吋。這樣，當(dāng)套環(huán)與軸承和補(bǔ)償環(huán)119一起繞中心軸線31旋轉(zhuǎn)時(shí)，套環(huán)將沿中心軸線331作軸向移動(dòng)。這樣，使活塞桿117移動(dòng)，并使石缸85連帶驅(qū)動(dòng)。
為使套環(huán)131轉(zhuǎn)動(dòng)從而推動(dòng)活塞桿117，套環(huán)塊131b上形成有外齒牙139。齒輪牙139與安裝在軸143上的齒輪141相嚙合。軸143是安裝在機(jī)殼144上。機(jī)殼144可以聯(lián)接到床頭箱3下面，由大蓋板146封蓋(圖1)。齒輪141由另一個(gè)齒輪145驅(qū)動(dòng)，齒輪145是在零齒隙減速器147的輸出端接著，減速器147通過(guò)一個(gè)防齒隙偶聯(lián)器151，由伺服馬達(dá)14149驅(qū)動(dòng)。嚙合到軸143端的是一個(gè)解算器153。
在第一個(gè)方向運(yùn)轉(zhuǎn)伺服馬達(dá)149，使齒輪141和145轉(zhuǎn)動(dòng)套環(huán)131，并使補(bǔ)償環(huán)119從床頭箱3移離，在圖8中是向左。解算器153控制伺服馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)的量以及補(bǔ)償環(huán)的移動(dòng)。補(bǔ)償環(huán)移離床頭箱有利于從補(bǔ)償油缸109壓迫液體進(jìn)入油缸85。結(jié)果，活塞桿103和平衡重89被迫進(jìn)一步朝著外端73的方向進(jìn)入滑板33。由于平衡重的質(zhì)量中心位于油缸85和中心軸線31之間，作用在靠模頭1上的平衡力減小。
用同樣的方法，在與第一個(gè)方向相反的第二個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服馬達(dá)149，使補(bǔ)償環(huán)119向床頭箱3移動(dòng)。補(bǔ)償環(huán)牽拉補(bǔ)償油缸10109的活塞。平衡重87作用在油缸85液體上的離心力保證補(bǔ)償油缸充滿液體。同時(shí)，由于滑板33上伺服鎖的作用，沒(méi)有額外液體進(jìn)入油缸83。結(jié)果，平衡重向著滑板內(nèi)端79輕微移動(dòng)，離開(kāi)中心軸線31平衡重引起的平衡力有些增加，而滑板也并無(wú)運(yùn)動(dòng)。
伺服馬達(dá)149的作用是來(lái)補(bǔ)償靠模機(jī)床的振動(dòng)，這種振動(dòng)不能單靠徑向移動(dòng)滑板33的位置來(lái)平衡。檢測(cè)這個(gè)振動(dòng)并給予補(bǔ)償，本發(fā)明把一個(gè)常規(guī)加速度計(jì)155安裝在機(jī)床5上。在本例中，由于靠模頭1是安裝在床頭箱上，加速度計(jì)155聯(lián)接到床頭箱3上(圖1)。加速度計(jì)最好設(shè)計(jì)成可檢測(cè)多個(gè)平面的振動(dòng)，在最初準(zhǔn)備在各不平衡面調(diào)整平衡重時(shí)，可使用多平面檢測(cè)。本發(fā)明的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償平衡器工作時(shí)，通常要求相對(duì)機(jī)床地基9的最大柔量平面的不平衡。因此如果需要的話，可以用加速度計(jì)送出為補(bǔ)償僅在一個(gè)平面對(duì)應(yīng)的加速度力的信號(hào)。本發(fā)明應(yīng)用于靠模頭1時(shí)，床頭箱3的柔量在一個(gè)水平面最大。所以，在靠模頭工作時(shí)，平衡重的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償可以局限于在水平面產(chǎn)生的不平衡。
在所需平面作不平衡力補(bǔ)償是由加速度計(jì)155來(lái)檢測(cè)，它的信號(hào)送給跟蹤濾波器157(圖9)。跟蹤濾波器是這樣設(shè)計(jì)的，它只讓與旋轉(zhuǎn)軸套37有相同頻率的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)。結(jié)果，與軸套頻率相同，作用在所要求的不平衡面，相應(yīng)于床頭箱振動(dòng)的信號(hào)，也只有這些信號(hào)，被送給伺服馬達(dá)149，使之旋轉(zhuǎn)來(lái)補(bǔ)償振動(dòng)。以這種方法無(wú)須滑板33徑向移位，平衡重87就可使振動(dòng)得到補(bǔ)償。
顯然，本發(fā)明提供了一種動(dòng)態(tài)補(bǔ)償平衡器，它能滿足的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)比上面敘述的還要多。本發(fā)明用一個(gè)特殊的實(shí)例來(lái)說(shuō)明。按照上述說(shuō)明，普通技術(shù)人員還可進(jìn)行很多選擇、修改和變動(dòng)，而這些修改都應(yīng)包括在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.平衡旋轉(zhuǎn)裝置的平衡器，其特征是該裝置包括a、可環(huán)繞中心軸線旋轉(zhuǎn)的機(jī)架；b、安裝在機(jī)架內(nèi)的滑板，它可在一個(gè)垂直于中心軸線平面內(nèi)作朝向和移離中心軸線的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；c、平衡重裝置，它放置在機(jī)架和滑板內(nèi)，并可在與滑板相同的總平面里往復(fù)運(yùn)動(dòng)；d、安裝在機(jī)架上并由滑板驅(qū)動(dòng)的平衡裝置，當(dāng)滑板作移向和移離中心軸線的往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，平衡裝置使平衡重向相反的方向作同步往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而起平衡作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的平衡器，其中平衡裝置包括a.安裝在機(jī)架上的至少一個(gè)第一液體油缸，它有一個(gè)活塞桿聯(lián)接到滑板上;b.安裝在機(jī)架上的至少一個(gè)第二液體油缸，它有一個(gè)活塞桿聯(lián)接到平衡重裝置上;c.使第一油缸和第二油缸之間的液體連通的通道;這樣，滑板的位移產(chǎn)生相應(yīng)的第一油缸活塞桿的相應(yīng)位移，排出第一油缸和第二油缸之間的液體，因此，引起第二油缸活塞桿和聯(lián)接在上的平衡重裝置的相應(yīng)位移。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的平衡器，其中a.滑板中至少形成一個(gè)內(nèi)腔;b.平衡重裝置至少包括一個(gè)平衡重塊，該平衡重塊至少部分安置在滑板內(nèi)腔中;因此，當(dāng)滑板在機(jī)架內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，平衡重塊至少部分在滑板內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng);
4.在有床頭箱的、并用于在工件上加工旋轉(zhuǎn)表面的機(jī)床上;床頭箱內(nèi)安裝一個(gè)有凸緣的軸套，它可繞一中心軸線旋轉(zhuǎn);安裝在軸套內(nèi)的心軸可沿中心軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng);使軸套內(nèi)心軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的第一控制裝置，一動(dòng)態(tài)平衡補(bǔ)償器包括a.安裝在軸套上與之旋轉(zhuǎn)的機(jī)架;b.安裝在機(jī)架內(nèi)，在一個(gè)垂直于中心軸線的平面內(nèi)作朝向和移離中心軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑板，滑板包括加工工件用的切削刀具;c.為響應(yīng)軸套內(nèi)心軸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，用于使滑板往復(fù)運(yùn)動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)裝置;d.安放在機(jī)架內(nèi)、在垂直于中心軸線的平面作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的平衡重裝置e.安裝在機(jī)架上，并由滑板驅(qū)動(dòng)的第一油缸裝置，它使平衡重裝置與滑板的往復(fù)運(yùn)動(dòng)同步地、但方向相反地往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償平衡器，其中第一油缸裝置包括括a.至少一個(gè)第一液體油缸，它帶有聯(lián)接到滑板上的活塞桿，以便響應(yīng)滑板的往復(fù)運(yùn)動(dòng);b.至少一個(gè)第二液體油缸，它有聯(lián)接到平衡重裝置的活塞c.在第一油缸和第二油缸之間為滯留一定容積的液體的液體聯(lián)接裝置;因此，滑板使第一液體油缸活塞桿的位移，該產(chǎn)生第二液體油缸活塞桿和平衡重裝置的相應(yīng)位移。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償平衡器還包括一補(bǔ)償裝置，它在機(jī)架內(nèi)使平衡裝置位移，而無(wú)須滑板位移。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償平衡器，其中補(bǔ)償裝置包括a.安裝在軸套凸緣，并與其一同旋轉(zhuǎn)的補(bǔ)償環(huán)，補(bǔ)償環(huán)還可在軸套上往復(fù)運(yùn)動(dòng);b.為使補(bǔ)償環(huán)相對(duì)于機(jī)架往復(fù)運(yùn)動(dòng)的裝置;c.為移動(dòng)平衡重裝置的第二油缸裝置，它安裝在機(jī)架上并響應(yīng)補(bǔ)償環(huán)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償平衡器，其中第二油缸裝置包括至少一個(gè)安裝在機(jī)架上的補(bǔ)償油缸，它有聯(lián)接到補(bǔ)償環(huán)的活塞桿;補(bǔ)償油缸與第一與第二液體油缸之間的液體聯(lián)接裝置液體連通，這樣，當(dāng)滑板在第一控制裝置控制下不發(fā)生位移時(shí)，補(bǔ)償環(huán)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)排出在補(bǔ)償油缸內(nèi)的液體，移動(dòng)第二液體油缸活塞桿和平衡重裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償平衡器，其中使補(bǔ)償環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的裝置包括a.固定在床頭箱的螺紋件;b.與螺紋件的螺紋嚙合的套環(huán)裝置;c.為轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接補(bǔ)償環(huán)到套環(huán)裝置上的軸承裝置;d.第二驅(qū)動(dòng)裝置，它是為有選擇地在相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋件上的套環(huán)裝置，從而使套環(huán)、軸承裝置及補(bǔ)償環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償平衡器，其中使補(bǔ)償環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的裝置包括a.安裝在床頭箱的伺服馬達(dá);b.安裝在床頭箱的加速度計(jì)裝置，它可隨床頭箱不平衡而產(chǎn)生信號(hào);c.為驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)的第二控制裝置，它響應(yīng)加速度計(jì)裝置產(chǎn)生的不平衡信號(hào);d.根據(jù)伺服馬達(dá)的啟動(dòng)，為使補(bǔ)償環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)裝置。
全文摘要
一種動(dòng)態(tài)補(bǔ)償平衡器裝置，具有數(shù)控靠模頭，在高速下通過(guò)滑板位移，切削刀具徑向位移，切削刀具重量的變化來(lái)保持適當(dāng)和平衡?？磕ｎ^內(nèi)有平衡重。本發(fā)明包括一個(gè)伺服運(yùn)轉(zhuǎn)的第三油缸。它與第一與第二油缸的液體相通，伺服控制不平衡量的檢測(cè)，推擊第三油缸去改變平衡重油缸內(nèi)的液體，使平衡重位移，無(wú)須滑板作相應(yīng)的位移。
文檔編號(hào)B23Q17/00GK1038962SQ89104268
公開(kāi)日1990年1月24日 申請(qǐng)日期1989年6月12日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月13日
發(fā)明者丹尼爾·J·施徹特, 戴維德·L·奧洛夫森 申請(qǐng)人:阿姆卡國(guó)際公司