[實用新型]一種純機械式高速主軸在線動平衡頭

有效

• 申請號: 201520047216.3
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN204346641U
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 張仕海
• 申請（專利權）人: 天津職業技術師范大學
• 主分類號: G01M1/36
• 分類號: G01M1/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種高速主軸在線動平衡頭，屬于精密超精密加工及自動化領域。?

背景技術

主軸旋轉所產生的不平衡離心力與轉速的平方成正比，對于高速主軸系統，即使微小的不平衡量也可能產生非常大的不平衡離心力，引起機床振動、軸承磨損等故障。因此，高速主軸系統的不平衡量嚴重影響著機床的加工精度和使用壽命。

主軸系統動平衡的任務就是確定高速主軸系統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量，使附加不平衡量與主軸系統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的不平衡量。因此，動平衡是減少主軸系統不平衡量，促進機床向高速、高效、高精方向發展的關鍵性基礎技術。

主軸系統動平衡技術通常分為工藝動平衡、現場動平衡、在線動平衡。工藝動平衡是指在動平衡機上進行的平衡；現場動平衡是指轉子在實際工作的條件下，利用一些現場測試和分析設備對轉子實施的平衡操作；在線動平衡是指在機組不停機的狀態下，利用一種自動控制機構來實現對轉子系統平衡的方法。在線動平衡可在主軸工作轉速下自動識別不平衡量的大小和相位，并自動完成平衡工作，與傳統的平衡方法相比，在線動平衡具有避免頻繁開關機試重，提高平衡效率和精度，同時可根據機床加工工況等因素的改變而對不平衡量實施自動平衡的優點。因此高速主軸系統自動在線平衡越來越得到人們的關注。

本實用新型針對高速機床主軸結構特點，發明了一種機械結構簡單，軸向尺寸較小，準確可靠，實際應用時對現有機床主軸系統改動不大的動平衡頭，對于高速精密超精密加工具有重要的意義。

發明內容

本實用新型的目的是克服現有高速主軸在線動平衡裝置結構和驅動系統復雜，軸向尺寸較大，難以在現有的機床上實現應用等缺點。提出了一種由棘輪棘爪機構帶動平衡盤組件與主軸同步旋轉，由高壓脈沖氣體力驅動平衡盤徑向位置的調節，主軸系統不平衡狀態可調、可控的在線動平衡頭。

為實現上述目標，本實用新型采用以下技術方案：

一種主動式高速主軸在線動平衡頭的機械結構包括平衡頭及噴嘴機構。

平衡頭由兩個平衡盤組件及相關安裝部件組成，由兩個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）、側蓋（4）、沉頭螺釘（7）、基準螺栓（8）組成。主要安裝部件包括圓螺母（2）、安裝環（5）、雙肩套筒（6）等。平衡頭在主軸（1）上的裝配關系如圖1和圖2所示。

平衡盤本體（3）的結構如圖3和圖4所示，其特征為內外圈均是齒狀結構，外齒圈內側本體上距盤中心適當半徑處加工一螺紋狀不平衡孔（A1），兩側面中央部位各加工一個側蓋安裝槽（A3），安裝槽內加工8個螺紋孔（A2）。基準螺栓（8）通過不平衡孔（A1）與平衡盤本體（3）固定，基螺栓（8）與不平衡孔（A1）的質量差等效為平衡盤組件的固有不平衡質量。側蓋（4）的結構如圖5和圖6所示，其特征為帶中心孔的對稱盤狀結構，盤上均勻加工四個安裝孔（A4）。側蓋（4）通過四個沉頭螺釘（7）與平衡盤本體（3）固定。安裝環（5）的結構如圖7和圖8所示，其特征為帶外伸彈性爪（A5）的對稱環形結構，四個彈性爪（A5）沿環帶周向均勻分布。安裝環（5）內置于平衡盤本體（3）內部及兩側蓋（4）之間，四個彈性爪（A5）與平衡盤本體（3）內圈齒嚙合，形成棘輪棘爪機構，正常工作時，由棘輪棘爪機構帶動平衡盤組件與主軸（1）同步旋轉。雙肩套筒（6）的結構如圖9和圖10所示，其特征為整體加工對稱式結構。安裝環（5）通過過盈配合安裝于雙肩套筒（6）的肩部，側蓋（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（1）的肩部，并由圓螺母（2）實現軸向固定。

噴嘴機構裝配圖如圖11所示。噴嘴機構由噴嘴（9）、壓蓋（10）、噴嘴座（11）、支架（12）、底座（13）及沉頭螺釘（14）構成。噴嘴（9）為整體加工部件，外形上加工標準管接頭（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，并由沉頭螺釘（14）通過光孔（A10）及螺紋孔（A9）固定。噴嘴座（11）、支架（12）及底座（13）為整體加工式結構。噴嘴機構通過底座（13）安裝與平衡盤組件的下方。噴嘴機構及平衡盤組件的位置關系如圖17所示。當平衡盤組件相對于主軸（1）基準點的徑向位置需要調整時，脈沖氣流通過噴嘴（9）噴向平衡盤本體（3）的齒狀外緣，一個脈沖氣流推動平衡盤本體（3）滑過彈性爪（A5）一個內齒的角度。

與現有技術相比較，本實用新型具有以下優點：