一種純機(jī)械式高速主軸在線動(dòng)平衡頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高速主軸在線動(dòng)平衡頭，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)在線平衡越來越得到人們的關(guān)注。
[0005]本實(shí)用新型針對(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，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]本實(shí)用新型的目的是克服現(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。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0008]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)。
[0009]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。
[0010]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 )通過過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)通過過盈配合安裝于主軸(I)的肩部，并由圓螺母(2 )實(shí)現(xiàn)軸向固定。
[0011]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(10)的半圓槽(A8)內(nèi)，并由沉頭螺釘(14)通過光孔(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)滑過彈性爪(A5) —個(gè)內(nèi)齒的角度。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0013]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。
[0014]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)境無污染。
[0015]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。
[0016]4、平衡頭整體為機(jī)械結(jié)構(gòu)，對(duì)主軸系統(tǒng)無電磁干擾。
【附圖說明】
[0017]圖1平衡頭在主軸上的裝配圖
[0018]圖2平衡頭裝配局部放大圖
[0019]圖3平衡盤本體主視圖
[0020]圖4平衡盤本體剖視圖
[0021]圖5平衡盤側(cè)蓋主視圖
[0022]圖6平衡盤側(cè)蓋剖視圖
[0023]圖7安裝環(huán)主視圖
[0024]圖8安裝環(huán)剖視圖
[0025]圖9雙肩套筒主視圖
[0026]圖10雙肩套筒剖視圖
[0027]圖11噴嘴機(jī)構(gòu)裝配圖
[0028]圖12噴嘴半剖主視圖
[0029]圖13噴嘴座主視圖
[0030]圖14噴嘴座俯視圖
[0031]圖15噴嘴壓蓋主視圖