重新设计制造主轴砂轮接杆后,将其与电主轴采用较大的过盈配合,这样不仅可以消除主轴轴端的膨胀,而且能使接杆重心和电主轴重心的主惯性轴与旋转中心基本重合,避免因为旋转部件的中心不对称引起的振动。
电主轴的转速一般在10 000r/min以上,有的甚至高达60 000-100000r/min,所以砂轮一主轴系统即便有很小的不平衡量,也会产生非常大的离心力,造成机床剧烈振动,影响加工精度和表面质量,甚至损坏砂轮及主轴。因此对砂轮一主轴系统动态特性及动平衡技术的研究越来越受到重视。
一、振动测试系统
1.主轴横向进给伺服刚度的调节
本磨削系统的高速电主轴是安装在直线电机的转子之上的,通过PMAC(可编程多轴控制器)控制直线电机带动电主轴实现高频往复运动,从而实现非圆截面的精密加工。
直线电机初、次级之间的间隙一般比旋转电机的气隙大2~3倍,且并非一个封闭的整体,其间存在很大的吸引力,这对直线电机控制系统要求很高。若直线电机在高速高频进给时没有很高的伺服刚度,则在带动电主轴一砂轮系统进给磨削时将产生很大的矢动量,且不能抑制电主轴高速运转引起的振动。
本实验磨床的直线电机通过PMAC的伺服控制环调整PID参数,使直线电机达到伺服刚度高、稳定性好、跟随误差小,对电主轴自身引起的振动有很好的抑制作用,可避免由于振动引起的定位误差,进而带动电主轴实现非圆截面零件的高速精密磨削加工。
2. Coinv Dasp 2003振动信号采集仪
Coinv Dasp2003是东方振动与噪声技术研究所开发的数据采集和信号处理软件。其含有多模块数据采样模式,并实现不间断海量采集数据和在采样过程中不间断地显示时域波形或频谱的功能。选择不同的采样模式,可满足各种特殊的工程采样要求,例如在旋转机械的振动测量中常常要进行整周期采样以提高分析精度,Coinv Dasp2003的整周期采样功能可根据信号的频率特征自动调节采样频率,以保证信号是被整周期采样。
Coinv Dasp2003的信号分析模块可以对采集数据进行多种分析和处理,包括幅域、时域、频域、时频域等。分析结果可以图形、数据文本、word格式报告等多种方式输出。
二、电主轴一接杆系统的振动实验
1.振动实验分析
轴承信息港社会各界报道:在磨削过程中,振动是非常重要的影响因素。它以损坏精加工表面或以增加形状误差来影响加工零件的质量。本实验是将加速度传感器置于实验磨床高速电主轴的前端,将其与振动信号采集仪以及PC机连接起来,通过Coinv Dasp2003控制数据采样进程。实验之前通过PMAC调节PID参数,使直线电机的刚度达到最佳状态;然后将采样频率设定为2kHz,采样块数设为50个。
图1为电主轴带砂轮接杆空载运转至20000r/min时,振动幅值最大区间段频谱的FFT/FT细化图。可以看出主轴高速运转时引起较大振动的频率点主要集中在25~150Hz之间。
Coinv Dasp2003采集的信号频谱显示,电主轴速度由3 000r/min升至20Coinv Dasp2003采集的信号频谱显示,电主轴速度由3 000r/min升至20000r/min时,振动幅值基本随着速度的增大而增大,且振动幅值较大。几个较大的幅值点如图2所示,始终出现在25~150Hz之间,可见引起幅值最大值的原因并不是共振,可能是电主轴一接杆系统某部分的中心不对称引起的强迫振动造成的。
引起强迫振动的原因很多,主要有电主轴转子和其内部支承的中心不对称,砂轮接杆及砂轮高速旋转失衡等。实验用的电主轴支承核心选用自行设计制造的B7009Y/P4系列混合陶瓷球轴承,为角接触球轴承,具有极限转速高、温升小、刚度大、耐磨、耐热等特性,并且DN值超过2.7×106,容易被机床设计师接受。实验证明,装有陶瓷球轴承的高速电主轴在不带砂轮接杆的情况下,各速度段上运转平稳,振动速度值只在小范围内波动,总体变化趋势是随着转速的提高而增大,但未超过1.5mm/s,满足电主轴单元高速高精加工的要求。经分析得出,电主轴一接杆系统高速运转时的较大振动很可能是由于砂轮接杆的中心不对称引起的简谐强迫振动。轴承信息港社会各界报道