雙配重極坐標(biāo)式機(jī)械平衡頭設(shè)計(jì)及電主軸主動(dòng)平衡試驗(yàn)

樊紅衛(wèi),薛策譯,邵偲潔

(1. 西安科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,西安 710054;2. 陜西省礦山機(jī)電裝備智能監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安 710054)

高速加工[1]是當(dāng)前金屬切削加工的重要方向,其依賴于高速精密數(shù)控機(jī)床。主軸是機(jī)床核心部件,高速主軸普遍采用電主軸[2],即主軸與電機(jī)一體化,具有結(jié)構(gòu)緊湊、零傳動(dòng)等優(yōu)勢(shì)。加工中,電主軸與刀具-刀柄形成組合轉(zhuǎn)子,刀具磨/破損、換刀及裝配誤差會(huì)引起轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡,進(jìn)而產(chǎn)生極大的附加離心力,激發(fā)主軸系統(tǒng)強(qiáng)烈振動(dòng),嚴(yán)重影響其回轉(zhuǎn)精度、加工質(zhì)量和使用壽命[3]。因此,需要對(duì)加工過程中的電主軸進(jìn)行在線主動(dòng)平衡以降低其同步振動(dòng)[4]。

在線主動(dòng)平衡起源于二十世紀(jì)五六十年代。Vegte J V[5]設(shè)計(jì)了早期實(shí)用的直角坐標(biāo)機(jī)械式平衡頭,其后,人們進(jìn)行了諸多改進(jìn)[4],發(fā)展了液體式[6-8]、電磁式[9-11]等不同原理的平衡頭。然而,目前為止,最具實(shí)用價(jià)值且已在磨床、加工中心等獲得應(yīng)用的仍是所謂雙配重極坐標(biāo)式機(jī)械平衡頭,其由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)裝置使兩配重盤進(jìn)行固定半徑極坐標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)以完成轉(zhuǎn)子在線平衡,具有原理簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固和作動(dòng)可靠等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)此種平衡頭,潘紀(jì)根[12]介紹了SBS機(jī)械式平衡頭結(jié)構(gòu),蘇健等[13]對(duì)其在砂輪的應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。薛兵等[14]、馬海濤等[15]、徐娟等[16]、顧華超等[17]研究了采用機(jī)械式平衡頭進(jìn)行機(jī)床主動(dòng)平衡的控制方法。馬海濤等[18]剖析了機(jī)械式平衡頭的設(shè)計(jì)原理。樊紅衛(wèi)等[19]、王展等[20]將機(jī)械式平衡頭用于電主軸和機(jī)械主軸,完成了初步驗(yàn)證。……