[实用新型]一种纯机械式高速主轴在线动平衡头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种高速主轴在线动平衡头，属于精密超精密加工及自动化领域。 

背景技术

主轴旋转所产生的不平衡离心力与转速的平方成正比，对于高速主轴系统，即使微小的不平衡量也可能产生非常大的不平衡离心力，引起机床振动、轴承磨损等故障。因此，高速主轴系统的不平衡量严重影响着机床的加工精度和使用寿命。

主轴系统动平衡的任务就是确定高速主轴系统不平衡量的大小和方向，然后在其相反的方向某一半径处加一平衡质量，使附加不平衡量与主轴系统不平衡量的大小相等、方向相反，以减小或消除高速主轴系统的不平衡量。因此，动平衡是减少主轴系统不平衡量，促进机床向高速、高效、高精方向发展的关键性基础技术。

主轴系统动平衡技术通常分为工艺动平衡、现场动平衡、在线动平衡。工艺动平衡是指在动平衡机上进行的平衡；现场动平衡是指转子在实际工作的条件下，利用一些现场测试和分析设备对转子实施的平衡操作；在线动平衡是指在机组不停机的状态下，利用一种自动控制机构来实现对转子系统平衡的方法。在线动平衡可在主轴工作转速下自动识别不平衡量的大小和相位，并自动完成平衡工作，与传统的平衡方法相比，在线动平衡具有避免频繁开关机试重，提高平衡效率和精度，同时可根据机床加工工况等因素的改变而对不平衡量实施自动平衡的优点。因此高速主轴系统自动在线平衡越来越得到人们的关注。

本实用新型针对高速机床主轴结构特点，发明了一种机械结构简单，轴向尺寸较小，准确可靠，实际应用时对现有机床主轴系统改动不大的动平衡头，对于高速精密超精密加工具有重要的意义。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有高速主轴在线动平衡装置结构和驱动系统复杂，轴向尺寸较大，难以在现有的机床上实现应用等缺点。提出了一种由棘轮棘爪机构带动平衡盘组件与主轴同步旋转，由高压脉冲气体力驱动平衡盘径向位置的调节，主轴系统不平衡状态可调、可控的在线动平衡头。

为实现上述目标，本实用新型采用以下技术方案：

一种主动式高速主轴在线动平衡头的机械结构包括平衡头及喷嘴机构。

平衡头由两个平衡盘组件及相关安装部件组成，由两个平衡盘组件的固有不平衡量合成平衡头所需的校正量。平衡盘组件由平衡盘本体（3）、侧盖（4）、沉头螺钉（7）、基准螺栓（8）组成。主要安装部件包括圆螺母（2）、安装环（5）、双肩套筒（6）等。平衡头在主轴（1）上的装配关系如图1和图2所示。

平衡盘本体（3）的结构如图3和图4所示，其特征为内外圈均是齿状结构，外齿圈内侧本体上距盘中心适当半径处加工一螺纹状不平衡孔（A1），两侧面中央部位各加工一个侧盖安装槽（A3），安装槽内加工8个螺纹孔（A2）。基准螺栓（8）通过不平衡孔（A1）与平衡盘本体（3）固定，基螺栓（8）与不平衡孔（A1）的质量差等效为平衡盘组件的固有不平衡质量。侧盖（4）的结构如图5和图6所示，其特征为带中心孔的对称盘状结构，盘上均匀加工四个安装孔（A4）。侧盖（4）通过四个沉头螺钉（7）与平衡盘本体（3）固定。安装环（5）的结构如图7和图8所示，其特征为带外伸弹性爪（A5）的对称环形结构，四个弹性爪（A5）沿环带周向均匀分布。安装环（5）内置于平衡盘本体（3）内部及两侧盖（4）之间，四个弹性爪（A5）与平衡盘本体（3）内圈齿啮合，形成棘轮棘爪机构，正常工作时，由棘轮棘爪机构带动平衡盘组件与主轴（1）同步旋转。双肩套筒（6）的结构如图9和图10所示，其特征为整体加工对称式结构。安装环（5）通过过盈配合安装于双肩套筒（6）的肩部，侧盖（4）与双肩套筒（6）的肩部之间为间隙配合。双肩套筒（6）通过过盈配合安装于主轴（1）的肩部，并由圆螺母（2）实现轴向固定。

喷嘴机构装配图如图11所示。喷嘴机构由喷嘴（9）、压盖（10）、喷嘴座（11）、支架（12）、底座（13）及沉头螺钉（14）构成。喷嘴（9）为整体加工部件，外形上加工标准管接头（A6）及喷嘴卡位槽（A7），喷嘴卡位槽（A7）置于喷嘴座（11）及压盖（10）的半圆槽（A8）内，并由沉头螺钉（14）通过光孔（A10）及螺纹孔（A9）固定。喷嘴座（11）、支架（12）及底座（13）为整体加工式结构。喷嘴机构通过底座（13）安装与平衡盘组件的下方。喷嘴机构及平衡盘组件的位置关系如图17所示。当平衡盘组件相对于主轴（1）基准点的径向位置需要调整时，脉冲气流通过喷嘴（9）喷向平衡盘本体（3）的齿状外缘，一个脉冲气流推动平衡盘本体（3）滑过弹性爪（A5）一个内齿的角度。

与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点：