[发明专利]一种双轴动平衡方法及其无线监控装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种非球面磨削技术，尤其是涉及一种用于非球面磨削加工的双轴动平衡方法及其无线监控装置。

背景技术

磨削作为机械加工的重要组成部分，是精密和超精密加工的重要手段。精密加工是指加工精度为1～0.1μm，表面粗糙度为0.2～0.01μm的加工技术；而超精密加工则是指加工精度高于0.1μm、表面粗糙度小于0.025μm，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01μm的加工技术。作为磨削加工重要工具的砂轮，由于质量的非均匀分布和安装偏心，引起的振动对磨削过程有很大的影响，严重制约着磨削表面质量和精度的提高，而且会加速主轴和轴承的磨损，缩短机床寿命。因此，在精密磨削以及磨削自动化的发展过程中，砂轮动平衡成为一项不可缺少的关键技术，在生产中有着重要的意义和广泛的应用前景。特别是在对精度要求很高的非球面加工中，工件和砂轮的振动对工件表面质量的影响就更加明显。

在一般的加工系统中，往往只对工件或砂轮的转轴进行动平衡，例如公开号为CN1132323的中国专利公开了一种旋转机械动平衡的动刚度系数方法及其装置，它适用于分布质量连续转子多跨支承的旋转机组。是利用等效支座力学模型的振动矩阵方程：[K_d]{X_s}＝{R′}中等效动刚度系数K_d在一定工况下是一个常数的理论，用测取的支座振动量X_s和支座动态力R′经带有前置信号处理器和4个计算模块的专用计算机来直接计算精确K_d或选取近似K_d并优化计算出在选定校正平面的最佳成组配重U以及预计残余支座振动量的方法及装置。

然而在高精度的非球面磨削加工中，二者都是影响加工的主要因素，必须对他们同时进行动平衡。此外，在加工过程中，砂轮和工件的振动会相互影响、相互作用，因此，不能孤立地分析他们各自的振动，而需要综合分析工件的表面误差情况。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的非球面磨削加工中采用的动平衡方法仅针对工件或砂轮的单一转轴，而制约了加工系统的加工精度等问题，提供一种加工精度较高，能够同时分析砂轮和工件双轴动平衡，使得监控装置更加便于安装，适用于不同加工环境的双轴动平衡方法及其双轴动平衡无线监控装置。

本发明所述双轴动平衡无线监控装置包括传感器、现场信号采集设备和监控台。传感器设有砂轮振动传感器、工件振动传感器、砂轮光电传感器和工件光电传感器；现场信号采集设备设有单片机系统和单片机端无线模块单元，所述单片机系统设有滤波放大电路、A/D转换电路和单片机；监控台设有PC机和PC机端无线模块单元。

砂轮振动传感器、工件振动传感器、砂轮光电传感器和工件光电传感器的输出端接滤波放大电路输入端，滤波放大电路输出端接A/D转换电路输入端，A/D转换电路输出端接单片机输入端口，单片机通过通用I/O接口与单片机端无线模块单元连接，PC机通过RS232串口与安装在PC机上的PC机端无线模块单元连接，单片机与PC机通过单片机端无线模块单元和PC机端无线模块单元之间的无线连接进行通讯，PC机通过RS485串口与数控机床的伺服控制单元连接，以实时调整数控机床的加工参数。

本发明所述双轴动平衡方法包括以下步骤：

1)进行平衡校正，采用影响系数法分别对砂轮和工件进行单面平衡，先测定在工作转速下转子的振动量，计算出测量平面上存在着不平衡量m，在砂轮或工件的主轴上加上与m相位相反，大小相等的平衡块，减小主轴的振动；

2)进行双轴整体平衡，砂轮和工件的振动的相互影响会使工件表面形成一定形状的波纹，该振动的波形近似为简谐波，通过实验证明影响加工表面效果的主要因素有砂轮和工件的频率比值，砂轮的进给速度以及砂轮和工件相对于基准相位的角度，根据不同的加工要求选择合适的参数进行加工，完成砂轮、工件双轴的动平衡。

在步骤1)中，所述不平衡量m引起转轴的振动，可用传感器测量，得到的波形可近似为正弦波，用矢量(包括幅值和相位)表示为B₀，设不平衡量m与振动矢量B₀之间满足以下线性关系：

B₀＝αm                                    (1)

其中α为系数。在测量平面上加上标准质量Q，测得振动矢量B₁为：

B₁＝α(m+Q)                                (2)