CN115716138B - 一种带有配重位置闭环的内置式机械在线动平衡装置 - Google Patents

Abstract

一种带有配重位置闭环的内置式机械在线动平衡装置，包括中间壳体，中间壳体内含位置中心对称的驱动传动机构，形成对称的配重调整机构：驱动传动机构包括直流电机，直流电机与蜗轮蜗杆组合件配合能够自锁，蜗轮蜗杆组合件与蜗轮直齿轮组合件配合能够自锁，蜗轮直齿轮组合件的直齿轮与驱动内齿配合，驱动内齿与套筒连接，套筒内部设有电机套筒，套筒与电机套筒由两个滚针轴承支撑，电机套筒与中间壳体固定；套筒外圈与配重块连接；电机套筒通过顶丝固定直流电机位置，电机套筒与第三端盖固定，第三端盖内侧内置微型传感器，套筒靠近第三端盖的一侧含有刻度线；本发明能够实时反馈配重块位置，提高平衡过程的稳定性和平衡效率。

Description

一种带有配重位置闭环的内置式机械在线动平衡装置

技术领域

本发明涉及主轴平衡技术领域，具体涉及一种带有配重位置闭环的内置式机械在线动平衡装置。

背景技术

高端数控机床是现代机械加工的重要“母机”，而主轴正是高端数控机床的关键零部件之一，机械加工质量很大程度上取决于主轴的性能。由于主轴制造、安装以及加工过程中发生的未知事故等原因，主轴通常会存在一定不平衡量，在高转速下，微小的不平衡量会表现为巨大的离心力，不仅会影响机床加工的质量，甚至会造成更严重的安全事故。

针对主轴不平衡问题，现在广泛使用的现场动平衡技术解决，但是其在平衡过程中需要频繁的启停机床，不仅影响平衡效率和加工效率，还会对加工质量产生加大的影响，甚至会影响机床的寿命。随着科学技术的发展，在线调整主轴质量分配、校正不平衡量的在线动平衡技术逐渐发展起来。这种方法在机床运转过程中实时进行不平衡校正，不仅不影响加工效率和质量，同时对转速变化也有一定的适应性。依托于在线动平衡技术，当下存在众多类型的在线动平衡装置：喷液式在线动平衡装置、电磁式在线动平衡装置、压电式在线动平衡装置、电机式在线动平衡装置，其中电机式在线动平衡装置由于其驱动控制简单、自锁性能强、启动特性优良等特点，被广泛应用。

电机式在线动平衡装置通过无刷电机驱动两配重块做圆周运动，在主轴运转过程中，利用两配重块的合成力平衡由于不平衡量产生的离心力，实现主轴的平衡。目前广泛采用的平衡方法是双配重平衡方法(中国专利申请号CN201510398608.9、名称为：一种主轴内置机械式在线动平衡装置；中国专利申请号CN201820033878.9、名称为：一种内置式压电型在线动平衡执行结构)，双配重平衡方法包括两步：相位平衡和振幅平衡；在两步中都存在试步过程，即在开始时随机选择一个方向驱动配重块运动，监测不平衡量变化，然后确定配重块的正确调整方向。试步过程可能会导致不平衡量激增，即“错调”问题；内置式电机式平衡装置由于配重块位置难以测量，配重块驱动控制采用开环控制方式，“错调”问题难以避免，导致主轴不平衡量不能单调减少，降低了平衡效率。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种带有配重位置闭环的内置式机械在线动平衡装置，能够实时反馈配重块位置，解决“错调”问题，提高平衡过程的稳定性和平衡效率。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种带有配重位置闭环的内置式机械在线动平衡装置，包括中间壳体1，中间壳体1内含位置中心对称的驱动传动机构，形成对称的配重调整机构：驱动传动机构包括直流电机11，直流电机11与蜗轮蜗杆组合件13配合能够自锁，蜗轮蜗杆组合件13与蜗轮直齿轮组合件12配合能够自锁，蜗轮直齿轮组合件12的直齿轮与驱动内齿14配合，驱动内齿14与套筒2连接，套筒2内部设有电机套筒15，套筒2与电机套筒15由两个滚针轴承22支撑，电机套筒15与中间壳体1固定；套筒2外圈与配重块3连接；

所述的电机套筒15通过顶丝152固定直流电机11位置，电机套筒15与第三端盖4固定，第三端盖4内侧内置微型传感器41，套筒2靠近第三端盖4的一侧含有刻度线23。

所述的蜗轮蜗杆组合件13上连接第一轴承131和第一端盖133，通过第一轴承131支撑在中间壳体1上，第一轴承131与中间壳体1为过盈配合；蜗轮蜗杆组合件13与第一端盖133之间通过第三轴承132连接，第三轴承132、第一端盖133和蜗轮蜗杆组合件13之间均为过盈配合。

所述的蜗轮直齿轮组合件12上连接第二轴承121和第二端盖123，通过第二轴承121支撑在中间壳体1上，第一轴承121与中间壳体1为过盈配合；蜗轮直齿轮组合件12与第一端盖123之间通过第四轴承122连接，第四轴承122、第一端盖123和蜗轮直齿轮组合件12之间均为过盈配合。

所述的直流电机11、蜗轮蜗杆组合件13、蜗轮直齿轮组件12和驱动内齿14共同组成配重块3驱动机构，机构减速比为12700。

所述的配重块3材料采用钨合金。

所述的微型传感器41为激光位移传感器，当激光位移传感器经过套筒2上的刻度线23时，会产生响应；在动平衡过程中，配重块3正转或者反转的同时，微型传感器41实时监测套筒2刻度进步和退步的刻度数量，反馈给控制系统，控制系统得到配重块3实时位置，进而对配重块3的发出下一步动作指令，形成配重位置闭环控制。

所述的直流电机11驱动电源和激光位移传感器通过高速滑环的方式从外部输入和向外部输出信号。

本发明的有益效果为：

本发明采用微型激光位移传感器监测配重块位置，实现内置式机械在线动平衡装置的闭环控制，能够精准识别配重块位置，避免“错调”问题，提高主轴在线动平衡的稳定性和平衡效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明电机套筒部分示意图。

图3为本发明中心传动结构示意图。

图4为本发明传动部件结构示意图。

图5为本发明配重块部分示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作详细说明。

参照图1、图2、图3、图4和图5，一种带有配重位置闭环的内置式机械在线动平衡装置，包括中间壳体1，中间壳体1内含位置中心对称的驱动传动机构，形成对称的配重调整机构：驱动传动机构包括作为驱动源的直流电机11，直流电机11与蜗轮蜗杆组合件13配合能够自锁，蜗轮蜗杆组合件13与蜗轮直齿轮组合件12配合能够自锁，蜗轮直齿轮组合件12的直齿轮与驱动内齿14配合，驱动内齿14与套筒2通过第一螺栓21连接，套筒2内部设有电机套筒15，套筒2与电机套筒15由两个滚针轴承22支撑，电机套筒15与中间壳体1通过第二螺栓151固定；套筒2外圈通过第三螺栓31与配重块3连接；

参照图2、图5，所述的电机套筒15通过顶丝152固定直流电机11位置，电机套筒15与第三端盖4通过第四螺栓42固定，第三端盖4内侧内置微型传感器41，套筒2靠近第三端盖4的一侧含有刻度线23。

参照图4，所述的蜗轮蜗杆组合件13上连接第一轴承131和第一端盖133，通过第一轴承131支撑在中间壳体1上，第一轴承131与中间壳体1为过盈配合；蜗轮蜗杆组合件13与第一端盖133之间通过第三轴承132连接，第三轴承132、第一端盖133和蜗轮蜗杆组合件13之间均为过盈配合。

所述的蜗轮直齿轮组合件12上连接第二轴承121和第二端盖123，通过第二轴承121支撑在中间壳体1上，第一轴承121与中间壳体1为过盈配合；蜗轮直齿轮组合件12与第一端盖123之间通过第四轴承122连接，第四轴承122、第一端盖123和蜗轮直齿轮组合件12之间均为过盈配合。

所述的直流电机11、蜗轮蜗杆组合件13、蜗轮直齿轮组件12和驱动内齿14共同组成配重块3驱动机构，机构减速比为12700。

所述的配重块3材料采用钨合金。

所述的微型传感器41为激光位移传感器，当激光位移传感器经过套筒2上的刻度线23时，会产生响应；在动平衡过程中，配重块3正转或者反转的同时，微型传感器41实时监测套筒2刻度进步和退步的刻度数量，反馈给控制系统，控制系统得到配重块3实时位置，进而对配重块3的发出下一步动作指令，形成配重位置闭环控制。

所述的直流电机11驱动电源和激光位移传感器通过高速滑环的方式从外部输入和向外部输出信号。

本发明的工作原理为：

将一种带有配重位置闭环的内置式机械在线动平衡装置通过过渡配合的方式内置于主轴的内孔当中，第三端盖4通过螺栓与主轴锁紧；初始状态下第三端盖4上的微型传感器41与套筒2上一特殊刻度线23重合，当检测到主轴不平衡状态时，得到不平衡矢量和相位后，对比配重块3当前位置，驱动直流电机11通过蜗轮蜗杆组合件13和蜗轮直齿轮组合件12带动驱动内齿14转动，使配重块3转动调整质量分配，进而完成主轴的不平衡量校正；与此同时，微型传感器41实时反馈套筒2转过角度，即配重块3位置信息，控制系统记录配重块3位置信息，再次检测到主轴发生不平衡，进行主轴在线动平衡时，通过控制系统所记录的配重块3的位置信息，驱动配重块3往正确的方向移动，避免双配重平衡方法的试步过程，从而避免了“错调”问题，提高了平衡过程的稳定性和平衡效率，使主轴快速达到平衡。

Claims (6)

1.一种带有配重位置闭环的内置式机械在线动平衡装置，包括中间壳体（1），其特征在于：中间壳体（1）内含位置中心对称的驱动传动机构，形成对称的配重调整机构：驱动传动机构包括直流电机（11），直流电机（11）与蜗轮蜗杆组合件（13）配合能够自锁，蜗轮蜗杆组合件（13）与蜗轮直齿轮组合件（12）配合能够自锁，蜗轮直齿轮组合件（12）的直齿轮与驱动内齿（14）配合，驱动内齿（14）与套筒（2）连接，套筒（2）内部设有电机套筒（15），套筒（2）与电机套筒（15）由滚针轴承（22）支撑，电机套筒（15）与中间壳体（1）固定；套筒（2）外圈与配重块（3）连接；

所述的电机套筒（15）通过顶丝（152）固定直流电机（11）位置，电机套筒（15）与第三端盖（4）固定，第三端盖（4）内侧内置微型传感器（41），套筒（2）靠近第三端盖（4）的一侧含有刻度线（23）；

所述的微型传感器（41）为激光位移传感器，当激光位移传感器经过套筒（2）上的刻度线（23）时，会产生响应；在动平衡过程中，配重块（3）正转或者反转的同时，微型传感器（41）实时监测套筒（2）刻度进步和退步的刻度数量，反馈给控制系统，控制系统得到配重块（3）实时位置，进而对配重块（3）的发出下一步动作指令，形成配重位置闭环控制。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的蜗轮蜗杆组合件（13）上连接第一轴承（131）和第一端盖（133），通过第一轴承（131）支撑在中间壳体（1）上，第一轴承（131）与中间壳体（1）为过盈配合；蜗轮蜗杆组合件（13）与第一端盖（133）之间通过第三轴承（132）连接，第三轴承（132）、第一端盖（133）和蜗轮蜗杆组合件（13）之间均为过盈配合。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的蜗轮直齿轮组合件（12）上连接第二轴承（121）和第二端盖（123），通过第二轴承（121）支撑在中间壳体（1）上，第二轴承（121）与中间壳体（1）为过盈配合；蜗轮直齿轮组合件（12）与第二端盖（123）之间通过第四轴承（122）连接，第四轴承（122）、第二端盖（123）和蜗轮直齿轮组合件（12）之间均为过盈配合。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的直流电机（11）、蜗轮蜗杆组合件（13）、蜗轮直齿轮组合件（12）和驱动内齿（14）共同组成配重块（3）驱动机构，机构减速比为12700。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的配重块（3）材料采用钨合金。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的直流电机（11）驱动电源和激光位移传感器通过高速滑环的方式从外部输入和向外部输出信号。