高速機(jī)床主軸內(nèi)置式雙面在線動(dòng)平衡裝置及關(guān)鍵技術(shù)研究
發(fā)布時(shí)間：2025-05-08 08:32:54
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高速加工技術(shù)作為一種先進(jìn)、實(shí)用的制造技術(shù)，正成為制造業(yè)的主流，并以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)得到了世界各國(guó)的普遍關(guān)注，具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。由于高速主軸的轉(zhuǎn)速很高，即使微小的動(dòng)不平衡量，也會(huì)產(chǎn)生很大的離心力，引發(fā)振動(dòng)，進(jìn)而對(duì)機(jī)床的可靠性、使用壽命、加工精度等方面產(chǎn)生不利影響。因此，動(dòng)平衡是高速、高精密數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)、制造過(guò)程中必須解決的一個(gè)基本問(wèn)題，其優(yōu)劣程度直接決定機(jī)床的工作性能和使用壽命，對(duì)高速機(jī)床產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生巨大影響。 機(jī)床主軸在線動(dòng)平衡技術(shù)具有避免頻繁開(kāi)關(guān)機(jī)試重，提高平衡效率和精度，同時(shí)可根據(jù)機(jī)床加工工況的改變而對(duì)不平衡量實(shí)施自動(dòng)平衡等優(yōu)點(diǎn)。因此在線動(dòng)平衡具有其它平衡方法不可替代的優(yōu)勢(shì)。是高速、高精密數(shù)控機(jī)床和加工中心的平衡方式。 本文以主軸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等相關(guān)理論知識(shí)為基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)高速機(jī)床主軸系統(tǒng)高精度在線動(dòng)平衡為目的，圍繞機(jī)床主軸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模及仿真，不平衡振動(dòng)信號(hào)的提取，內(nèi)置式在線動(dòng)平衡裝置及其控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，實(shí)驗(yàn)效果及誤差分析，雙面在線動(dòng)平衡在柔性主軸上的拓展應(yīng)用等關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展研究。論文主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： (1)機(jī)床主軸動(dòng)力學(xué)建模及其仿真。以轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，建立高速機(jī)床主軸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用Labview語(yǔ)言設(shè)計(jì)系統(tǒng)仿真程序。通過(guò)系統(tǒng)仿真對(duì)機(jī)床主軸動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行初步分析，給出雙平面影響系數(shù)以及不平衡校正量沿主軸軸向分布規(guī)律等曲線。討論了校正面的選取、不平衡量大小選取等相關(guān)問(wèn)題。提出一種基于系統(tǒng)影響系數(shù)相位差的校正面的選取方法。 (2)機(jī)床主軸不平衡振動(dòng)信號(hào)的提取。測(cè)量主軸徑向振動(dòng)信號(hào)并準(zhǔn)確地提取不平衡振動(dòng)信號(hào)是實(shí)施不平衡振動(dòng)控制的前提。為提高主軸不平衡振動(dòng)信號(hào)提取的精度，本課題提出首先分離出主軸測(cè)點(diǎn)處的形狀誤差，然后采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解與小二乘擬合相結(jié)合的基頻信號(hào)提取方法。論文采用理論研究與仿真分析相結(jié)合的方法，分別從數(shù)理統(tǒng)計(jì)法在主軸形狀誤差分離中的應(yīng)用，小二乘法對(duì)主軸基頻振動(dòng)信號(hào)的擬合及其效果分析，經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解及其自適應(yīng)濾波原理等方面開(kāi)展研究。為提高經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的濾波效果，課題提出采用相關(guān)函數(shù)對(duì)信號(hào)中異常事件進(jìn)行處理的方法。文中分析表明，方法的綜合應(yīng)用能夠有效地提高不平衡振動(dòng)信號(hào)的提取精度。 (3)雙面在線動(dòng)平衡裝置及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。針對(duì)高速機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出一種氣動(dòng)盤式在線動(dòng)平衡裝置的結(jié)構(gòu)理念，并針對(duì)裝置的功能實(shí)現(xiàn)、整體結(jié)構(gòu)、硬件控制系統(tǒng)、關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)或選取等方面開(kāi)展研究。根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，采用Labview與Matlab語(yǔ)言混合編程技術(shù)，針對(duì)信號(hào)采集、信號(hào)分析與處理、平衡試重、自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、控制信號(hào)輸出等方面展開(kāi)設(shè)計(jì)研究。 (4)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及平衡誤差分析。為檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的雙面在線動(dòng)平衡系統(tǒng)的實(shí)用性，課題針對(duì)平衡盤定位精度、影響系數(shù)測(cè)算及動(dòng)平衡效果等方面開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究。并從測(cè)量誤差、平衡盤位置調(diào)整誤差、平衡盤固有不平衡量誤差、平衡盤與主軸的配合間隙、平衡盤質(zhì)量分布誤差、傳感器安裝誤差等方面分析各種誤差對(duì)系統(tǒng)平衡精度的影響，并提出一定的改進(jìn)措施。 (5)當(dāng)工作轉(zhuǎn)速接近或者高于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照柔性轉(zhuǎn)子來(lái)對(duì)待?？紤]到課題所設(shè)計(jì)雙面在線動(dòng)平衡系統(tǒng)的通用性，課題在對(duì)柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出一種用于在線動(dòng)平衡的自適應(yīng)增益調(diào)度控制法。并在理論分析的基礎(chǔ)上通過(guò)仿真及實(shí)驗(yàn)對(duì)該方法的平衡效果進(jìn)行驗(yàn)證。 論文整體從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，開(kāi)展高速機(jī)床主軸雙面在線動(dòng)平衡關(guān)鍵技術(shù)的研究，論文在不平衡振動(dòng)信號(hào)的提取、動(dòng)平衡裝置及其控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)等方面取得了一定的階段性成果。然而，由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，系統(tǒng)在某些方面的研究還需要進(jìn)一步完善或改進(jìn)。
