CN108134537B - 一种内置式压电型在线动平衡执行装置 - Google Patents
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Abstract
一种内置式压电型在线动平衡执行装置，包括连接在壳体两侧结构相同的左、右压电驱动调整机构，压电驱动调整机构包括转轴，转轴一端通过轴承支撑在壳体腔室，转轴中部通过轴承连接在端盖上，转轴另一端通过轴承支撑在轴承座上，转轴上套有配重，配重设置在拉紧套筒内，拉紧套筒的一侧和轴承座连接，另一侧和端盖、壳体连接；端盖上固定连接有定子，动子通过转轴的圆盘压紧在定子表面；通过控制中心驱动左、右压电驱动调整机构的配重形成一定夹角，随着主轴的高速运转，右、左配重形成的离心力合成平衡矢量来抵消主轴的不平衡矢量，改善主轴的质量分布，本发明更好的满足在线动平衡的工作要求。
Description
技术领域
本发明涉及主轴平衡技术领域，具体涉及一种内置式压电型在线动平衡执行装置。
背景技术
现代机械加工的高精度和高效率要求对数控机床提出了很高的要求，主轴作为机床的核心功能部件，其工作状态将直接影响机床的加工水平。随着技术的发展，通过平衡终端进行质量校正的在线动平衡技术被研发出来，并且逐步的在应用过程中取得了良好的效果，可以较好的解决现场动平衡技术存在的问题。利用平衡终端进行质量重新分布实现主轴振动在线抑制的方式主要有三类：(1)电机驱动式，这种方式是利用永磁电机或直流无刷电机来实现质量块的驱动，配重质量可沿固定于平衡终端的相互垂直轴移动；(2)电磁力驱动式，这类方式也引起了广泛的研究热情，装置中含有配重质量的动环随转子旋转，其上安装有永磁体，工作时由固定在主轴法兰位置静环提供电磁力驱动动环上的质量块旋转，从而改变平衡终端中的质量分布；(3)外部填充式，这类方式主要是以喷液式为代表的平衡终端，其原理是从外部往平衡终端指定方位直接填充质量液体或其它材料以改变转子的质量，从而实现主轴的质量平衡。此外，近年来，还有新型的驻波式的压电型在线动平衡执行装置被研发出来。
但是，现有的这几种在线平衡终端都存在一些局限性，尤其是在高速磨床领域的应用。首先，电机驱动式平衡终端的优点是易于实现，但是由于无刷电机本身缺乏自锁能力，转速也较高，所以在这种平衡终端当中需要填加自锁机构和减速机构，不但增加了装置的复杂性，也限制了装置的传动精度。其次，电磁力驱动式平衡终端，这种装置的结构紧凑，平衡精度较高，即使主轴停转后也能通过永磁体保持平衡状态，但是其机械结构及控制系统都比较复杂，自锁能力也不高，平衡能力较小，且温度过高时容易使得永磁体退磁，同时会受到强磁场的干扰；第三种以喷液式为代表的外部填充式，这种方式无需配重质量块的路径寻优过程，不用向平衡终端输送驱动控制信号，也无需考虑自锁的因素，保证了平衡终端的可靠性，其平衡能力较强，但是其平衡精度受容腔形状以及液束控制精度的共同影响，在高精度平衡中需要合理设计平衡终端结构及液压系统参数，并且在工业现场应用时干扰因素太多。最后的驻波式压电型在线动平衡装置规避了上述的一些问题，但是由于现有的驻波式压电在线动平衡装置结构存在一些问题，驻波式也存在摩擦磨损严重的问题，此外，无论是磨床主轴还是高速切削主轴，轴端都需要安装刀具或者砂轮，端面式的这种在线动平衡装置在空间上对于机床的正常工作有一定的干涉。
发明内容
为了克服上述现有现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种内置式压电型在线动平衡执行装置，更好的满足在线动平衡的工作要求。
为了达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种内置式压电型在线动平衡执行装置，包括壳体40，壳体40两侧连接有左、右压电驱动调整机构，左、右压电驱动调整机构结构相同，左、右压电驱动调整机构完全对称；
所述的右压电驱动调整机构包括右转轴3，右转轴3的前端通过第三轴承11支撑在壳体40的右侧腔室内，右转轴3的中部通过第二轴承12连接在右端盖7上，右转轴3的后端通过第一轴承2支撑在右轴承座1上，位于右端盖7和右轴承座1之间的右转轴3上套有右配重5，右配重5一端通过右转轴3的轴肩定位，另一端通过右调整套筒4来定位，右配重5设置在右拉紧套筒6内，右拉紧套筒6的右侧和右轴承座1通过螺栓连接，右拉紧套筒6的左侧和右端盖7、壳体40通过螺栓连接；右端盖7左侧通过螺纹固定连接有第一定子8，第一动子9通过右转轴3前端的圆盘压紧在第一定子8表面；
所述的左压电驱动调整机构包括左转轴23，左转轴23的后端通过第六轴承轴承31支撑在壳体40的左侧腔室内，左转轴23的中部通过第五轴承32连接在左端盖27上，左转轴23的前端通过第四轴承22支撑在左轴承座21上，位于左端盖27和左轴承座21之间的左转轴23上套有左配重25，左配重25一端通过左转轴23的轴肩定位，另一端通过左调整套筒24来定位，左配重25设置在左拉紧套筒26内，左拉紧套筒26的左侧和左轴承座21通过螺栓连接，左拉紧套筒26的右侧和左端盖27、壳体40通过螺栓连接；左端盖27右侧通过螺纹固定连接有第二定子28，第二动子29通过左转轴23后端的圆盘压紧在第二定子28表面。
所述的第一定子8、第二定子28的振动是由控制中心的两相激励电压激励压电陶瓷产生的；开始工作时，通过控制中心驱动右配重5和左配重25形成一定夹角，随着主轴的高速运转，右配重5和左配重25形成的离心力合成平衡矢量来抵消主轴的不平衡矢量，改善主轴的质量分布。
所述的右转轴3、左转轴23设有轴肩777和圆盘888，轴肩777实现右配重5、左配重25的一侧定位，圆盘888实现第一动子9、第二动子29的压紧和预紧力施加。
所述的左转轴3与第三轴承11的表面配合之间有第一调整垫片10来实现预紧力的调节，右转轴23与第六轴承31的表面配合之间有第二调整垫片30来实现预紧力的调节。
所述的右配重5、左配重25呈半圆弧形设计，右转轴3、左转轴23与右配重5、左配重25之间通过过渡配合的方式进行连接，并通过第一紧定螺钉111限制右配重5、左配重25的周向滑动。
所述的第一定子8、第二定子28反面粘贴有压电陶瓷333，正面加工有定子齿222，定子内侧均布有第二紧定螺钉444。
所述的第一动子9、第二动子29上表面与第一定子8、第二定子28接触的部分涂有耐磨材料555，下表面粘贴有吸振材料666；耐磨材料555采用碳-碳复合材料，吸振材料666采用高聚物吸振材料。
所述的内置式压电型在线动平衡执行装置通过过渡配合的方式内置于主轴的内孔当中。
所述的压电陶瓷333的激励电通过高速滑环的方式从外部输入。本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明采用压电驱动技术，运行速度低，无需中间减速传动机构，从而简化了结构，减小了体积和重量，提高了驱动精度，同时还具有动态响应快、控制性能好和微位移特性，非常适合应用于质量块位置调整和定位控制。
2、由于本发明没有电磁线圈，因此，既不产生磁场也不受磁场干扰，大大减小了电磁污染，同时也提高了本发明装置在恶劣环境下工作可靠性；
3、本发明通过过渡配合安装于空心主轴的中心轴孔内，不会干涉主轴轴端安装砂轮或刀具，将对主轴结构的影响降到最低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明转轴的示意图。
图3为本发明配重的示意图。
图4为本发明定子的示意图。
图5为本发明动子的结构侧视图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
参照图1、图2、图3、图4和图5，一种内置式压电型在线动平衡执行装置，包括壳体40，壳体40两侧连接有左、右压电驱动调整机构，左、右压电驱动调整机构结构相同，左、右压电驱动调整机构完全对称；
所述的右压电驱动调整机构包括右转轴3，右转轴3的前端通过第三轴承11支撑在壳体40的右侧腔室内，右转轴3的中部通过第二轴承12连接在右端盖7上，右转轴3的后端通过第一轴承2支撑在右轴承座1上，位于右端盖7和右轴承座1之间的右转轴3上通过过渡配合的方式套有右配重5，右配重5一端通过右转轴3的轴肩定位，另一端通过右调整套筒4来定位，右调整套筒4的两侧顶在左配重5、第一轴承2的内圈上，右配重5设置在右拉紧套筒6内，右拉紧套筒6的右侧和右轴承座1通过螺栓连接，右拉紧套筒6的左侧和右端盖7、壳体40通过螺栓连接；右端盖7左侧通过螺纹固定连接有第一定子8，第一动子9通过右转轴3前端的圆盘压紧在第一定子8表面；
所述的左压电驱动调整机构包括左转轴23，左转轴23的后端通过第六轴承轴承31支撑在壳体40的左侧腔室内，左转轴23的中部通过第五轴承32连接在左端盖27上，左转轴23的前端通过第四轴承22支撑在左轴承座21上，位于左端盖27和左轴承座21之间的左转轴23上通过过渡配合的方式套有左配重25，左配重25一端通过左转轴23的轴肩定位，另一端通过左调整套筒24来定位，左调整套筒24的两侧顶在左配重25、第四轴承22的内圈上，左配重25设置在左拉紧套筒26内，左拉紧套筒26的左侧和左轴承座21通过螺栓连接，左拉紧套筒26的右侧和左端盖27、壳体40通过螺栓连接；左端盖27右侧通过螺纹固定连接有第二定子28，第二动子29通过左转轴23后端的圆盘压紧在第二定子28表面。
所述的第一定子8、第二定子28的振动是由控制中心的两相激励电压激励压电陶瓷产生的；开始工作时，通过控制中心驱动右配重5和左配重25形成一定夹角，随着主轴的高速运转，右配重5和左配重25形成的离心力合成平衡矢量来抵消主轴的不平衡矢量，改善主轴的质量分布，有效的降低主轴振动。
参照图2，所述的右转轴3、左转轴23设有轴肩777和圆盘888，轴肩777实现右配重5、左配重25的一侧定位，圆盘888实现第一动子9、第二动子29的压紧和预紧力施加。
所述的左转轴3与第三轴承11的表面配合之间有第一调整垫片10来实现预紧力的调节，右转轴23与第六轴承31的表面配合之间有第二调整垫片30来实现预紧力的调节。
参照图3，所述的右配重5、左配重25呈半圆弧形设计，右转轴3、左转轴23与右配重5、左配重25之间通过过渡配合的方式进行连接，并通过M3的内六角第一紧定螺钉111限制右配重5、左配重25的周向滑动。
参照图4，所述的第一定子8、第二定子28反面粘贴有压电陶瓷333，正面加工有定子齿222，定子内侧均布有三个M3第二紧定螺钉444；定子齿222可以有效的放大振幅，从而提高装置的输出特性。
参照图5，所述的第一动子9、第二动子29上表面与第一定子8、第二定子28接触的部分涂有耐磨材料555，下表面粘贴有吸振材料666；这样可以减小定子和动子直接的摩擦，从而降低定转子之间的磨损，提高装置的使用寿命，耐磨材料555采用碳-碳复合材料，吸振材料666采用高聚物吸振材料。
所述的内置式压电型在线动平衡执行装置通过过渡配合的方式内置于主轴的内孔当中。
所述的压电陶瓷333的激励电通过高速滑环的方式从外部输入。本发明的具体工作原理为：
将内置式压电型在线动平衡执行装置通过过渡配合的方式内置于主轴的内孔当中，第一轴承座1、第二轴承座21与主轴内孔壁紧密贴合传递离心力；当主轴的信号检测部分发现主轴不平衡状态时，通过主轴原始的振动信号，通过计算确定不平衡矢量的大小和方位，由控制中心发出动作信号指示在线动平衡执行装置动作：激励电压激励第一定子8开始振动，从而在预紧力的作用下产生摩擦驱动力，驱动第一动子9运转，第一动子9带动右转轴3运转，右转轴3带动其上的右配重5转过相应的角度，同样的，另一路激励电压激励第二定子28产生振动，从而驱动第二动子29运转，第二动子29带动左转轴23旋转，左转轴23带动左配重25旋转过系统计算好的角度，使得右配重5和左配重25出现在固定的位置上，主轴高速二转，两块配重产生的离心力合成平衡矢量，从而抵消主轴的不平衡矢量，使得主轴系统重新达到平衡状态，快速的改善主轴的加工精度。
Claims (7)
1.一种内置式压电型在线动平衡执行装置，包括壳体(40)，其特征在于：壳体(40)两侧连接有左、右压电驱动调整机构，左、右压电驱动调整机构结构相同，左、右压电驱动调整机构完全对称；
所述的右压电驱动调整机构包括右转轴(3)，右转轴(3)的前端通过第三轴承(11)支撑在壳体(40)的右侧腔室内，右转轴(3)的中部通过第二轴承(12)连接在右端盖(7)上，右转轴(3)的后端通过第一轴承(2)支撑在右轴承座(1)上，位于右端盖(7)和右轴承座(1)之间的右转轴(3)上套有右配重(5)，右配重(5)一端通过右转轴(3)的轴肩定位，另一端通过右调整套筒(4)来定位，右配重(5)设置在右拉紧套筒(6)内，右拉紧套筒(6)的右侧和右轴承座(1)通过螺栓连接，右拉紧套筒(6)的左侧和右端盖(7)、壳体(40)通过螺栓连接；右端盖(7)左侧通过螺纹固定连接有第一定子(8)，第一动子(9)通过右转轴(3)前端的圆盘压紧在第一定子(8)表面；
所述的左压电驱动调整机构包括左转轴(23)，左转轴(23)的后端通过第六轴承(31)支撑在壳体(40)的左侧腔室内，左转轴(23)的中部通过第五轴承(32)连接在左端盖(27)上，左转轴(23)的前端通过第四轴承(22)支撑在左轴承座(21)上，位于左端盖(27)和左轴承座(21)之间的左转轴(23)上套有左配重(25)，左配重(25)一端通过左转轴(23)的轴肩定位，另一端通过左调整套筒(24)来定位，左配重(25)设置在左拉紧套筒(26)内，左拉紧套筒(26)的左侧和左轴承座(21)通过螺栓连接，左拉紧套筒(26)的右侧和左端盖(27)、壳体(40)通过螺栓连接；左端盖(27)右侧通过螺纹固定连接有第二定子(28)，第二动子(29)通过左转轴(23)后端的圆盘压紧在第二定子(28)表面；
所述的内置式压电型在线动平衡执行装置通过过渡配合的方式内置于主轴的内孔当中；
所述的第一定子(8)、第二定子(28)的振动是由控制中心的两相激励电压激励压电陶瓷产生的；开始工作时，通过控制中心驱动右配重(5)和左配重(25)形成一定夹角，随着主轴的高速运转，右配重(5)和左配重(25)形成的离心力合成平衡矢量来抵消主轴的不平衡矢量，改善主轴的质量分布。
2.根据权利要求1所述的一种内置式压电型在线动平衡执行装置，其特征在于：所述的右转轴(3)、左转轴(23)设有轴肩(777)和圆盘(888)，轴肩(777)实现右配重(5)、左配重(25)的一侧定位，圆盘(888)实现第一动子(9)、第二动子(29)的压紧和预紧力施加。
3.根据权利要求1所述的一种内置式压电型在线动平衡执行装置，其特征在于：所述的右转轴(3)与第三轴承(11)的表面配合之间有第一调整垫片(10)来实现预紧力的调节，左转轴(23)与第六轴承(31)的表面配合之间有第二调整垫片(30)来实现预紧力的调节。
4.根据权利要求1所述的一种内置式压电型在线动平衡执行装置，其特征在于：所述的右配重(5)、左配重(25)呈半圆弧形设计，右转轴(3)、左转轴(23)与右配重(5)、左配重(25)之间通过过渡配合的方式进行连接，并通过第一紧定螺钉(111)限制右配重(5)、左配重(25)的周向滑动。
5.根据权利要求1所述的一种内置式压电型在线动平衡执行装置，其特征在于：所述的第一定子(8)、第二定子(28)反面粘贴有压电陶瓷(333)，正面加工有定子齿(222)，定子内侧均布有第二紧定螺钉(444)。
6.根据权利要求1所述的一种内置式压电型在线动平衡执行装置，其特征在于：所述的第一动子(9)、第二动子(29)上表面与第一定子(8)、第二定子(28)接触的部分涂有耐磨材料(555)，下表面粘贴有吸振材料(666)；耐磨材料(555)采用碳-碳复合材料，吸振材料(666)采用高聚物吸振材料。
7.根据权利要求5所述的一种内置式压电型在线动平衡执行装置，其特征在于：所述的压电陶瓷(333)的激励电通过高速滑环的方式从外部输入。
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