金刚石与磨料磨具工程高速磨削中的快速现场动平衡技术+伍良生魏源迁1李剑锋1王新华1刘正平刘平安2.北京工业大学机电学院，北京100222.华东交通大学机电工程学院，南昌330013响应进行了分析。论证了快速现场动平衡技术的基本原理并提出了种实用的快速现场动平衡方法。平衡过程由预平衡和现场动平衡两个步骤构成。对定安装条件的砂轮主轴系统，通过预平衡测定不平衡量与轴承座振动幅值的比例常数及振动量相对于不平衡量的滞后角。利用测出的比例常数和滞后角，对高速磨削过程中出现的不平衡振动，可实现转子系统次试加重的快速动平衡。可在数分钟内使转子的残余不平衡量降低至原始不平衡量的5以下。实验明该方法具有平衡精度高，平衡速度快，易实施的特点。

　　1引言20世纪80年代以来各工业发达国家相继投入大量人力财力，研究开发高速切削技术及相关技术。这对高速磨削技术的发展和实用化起到了直接变，其优越性在于可大幅度提高磨削效率；可明显降低磨削力，提高零件的加工精度；砂轮的磨削比显著提高，有利于实现自动化磨削。改革开放以来，由于国家对机床工具行业的大力扶持，我国高速高精度磨削的科技攻关和产化。厅业的产品结构产品水平有了很大的改善和提高。尤其近年来各种新兴硬脆材料如陶瓷光学玻璃光学晶体单晶硅等速磨削已成为实现对这此材料进行高质量加工的关键技术。

　　为了满足高速磨削提出的更高的要求，与高速磨削配套的功能部件的快速发展，尤其是高速粘密砂轮及其主轴系统的研究已成为衡量高速磨削水平近年来对砂轮及其小轴系统动乎衡技术的研究，尤其是砂轮主轴系统动态特性的研究及快速现场动个衡技术的研究已越乘越受到人们的重视14，成为发，速精密磨削的瓶颈，巾于材料组织分布小均，机械加误差以及装配误差等原因，使得通过砂轮重心的主惯性轴与旋转中心不重合。因而当砂轮高速旋转时将产生不平衡离心力，离心力大小与砂轮主轴系统的转速的平方成正比。高速磨削的线速度很高，般可达5000，10000，砂轮主轴转速般在10000.1以上，有的高达60000 1000001.即便有很小的不平衡量，也会产生非常大的不平衡离心力，造成机床的剧烈振动，影响加工精度和面质量，甚至损坏砂轮及主轴。因此必须对砂轮主轴系统进行动〃衡。

　　传统的主轴平衡方法是在动平衡机上进行。这种脱机的平衡方法不方便，而且受平衡导轨精度平衡心轴圆度摩擦力及操作者技术水平的影响，平衡精度受到定限制，而且要花费很多时间，尤其是对精密和超精密主轴需要分初平衡精平衡，并经过多次拆装。平衡，叫长，使用也+方便。此外，这种方法*大缺陷是未能考虑到由于高速磨削过程及砂轮修整造成的新的+平衡这显著因素的影响。因此，在高速磨削的发展过程中，砂轮主轴系统的快速现场动平衡，即不依赖平衡机在生产现场进行快速动平衡，成为项不可或缺的关键技术，在生产中，巫要的立义和广泛的化用前景。以下说明砂轮主轴系统快速现场动乎衡的理论与丈现方法。

　　2砂轮主轴系统快速现场动平衡的基本理论与方法2.1砂轮主轴系统在不平衡离心力激励下的响应分析与快速现场动平衡原理沾从撂砰镔1主轴柳黎里质量为肘，其重仑与旋转神秒=260，为主轴转速。

　　令1为不平衡的质径积。其笮位为通常用1+平衡量的大小。转产系统动平衡的任务就是。用实验的方法确定不平衡量口的大小和方向，然后在，相反的方向某半径1处加平衡质量1.使。

　　与的大小相等，方向相反。

　　般来说，砂轮主轴系统的力学性质可用线性模型描述。线性系统的输入输出性质为实验确定不平衡量1提供了砰论依据，布进行现场动平衡0寸，可将不平衡量。在水平方向的投影，看作输入，选择轴承座的某点测量振动响应1以此振动响应1在水方向的投影作为输出。砂轮主轴系统的输入输出模型1.

　　输入口，和输出，之间的关系可用常系数线性微分方积。+ai描述其中为系统的阶数常数，由砂轮主轴系统的结构确定。

　　3式两边，付立叶变换，整理可得输入与输出之叫的频响函数为其中，为虚数单位。4式明，在转速定的情况下，输出之间的频响函数为复常数。进步的分析明5，4式还可简化为滞后于不平衡量相位常数角度心这结论对任意多自由度的砂轮主轴系统均成立。

　　为进行快速现场动平衡，对定安装条件的砂轮主轴系统。须先测定常数和1和的测定方法将在2.2节中说明。和，测定后，即可对砂轮主轴系统在高速磨削随，出现的不乎衡进厅快速现场动卞衡。

　　轴承座振动的幅值及相对于相位基准的方向。则不平衡量0，其方向超前于振动的角度为2.2比例常数5与相位角1的测定方法砂轮卞轴系统每次安装好后或史换砂轮后都需要在现场进行预平衡，其作用是确定不平衡量的幅值与振动量的幅值之间的比例常数K及振动量相对于不平衡量的滞角为进行快速现场动衡提供基础数据。

　　预平衡原理3.中各参数的意义如下衡块的+平衡量平衡引起的振动的幅值与相位；合成不平衡引起的振动的幅值与相预平衡需进行两次开机测试。第次开机直接测量砂轮轴系统的不平衡量激发的振动的幅值和相位火第次开机测量试加平衡块后的合成不平衡量激发的振动的幅值和相位2办。根据几何关系可算得砂轮主轴系统的原始不平衡量的幅值。及原始不肀衡量1.1激发的振幅之比1并可进步分析确定砂轮轴系统的原始不平衡相对于主轴基准位置的相位角0，以及此原始不平衡量相对于其激发的振动的相位角由3可推得与，是砂轮主轴系统进行快速现场动平衡系统的技术裆案，供现场动平衡时应。

　　2.3快速现场动平衡的工艺实现方案按2.1节和2.2节的方法确定不平衡量。的大小和方向后，在平衡面内加上平衡质量叫使质径积尺小相吖以扣反即可实现砂轮仨轴系统的平衡。为进步缩短平衡时间，可采用平衡环式快速动平衡结构。在主轴前端安装两个带有定偏心质量的平衡环，平衡时转动两平衡环到适当位置，抵消砂轮主轴系统的不平衡量。其原理如阁4所小衡环可在周向作360度旋转，且分别具有已知的不平衡量和。通过分别旋转两环到适当角度获得两不平衡量的平衡。平衡后两平衡环与主轴紧固连位2.4举例以下举应用上述方法实验确定比例常数尺与相位角，的例子。

　　有磨床，为保证获得高的加工精度和低的面粗糙度需进，场动平衡测定和遗以体步骤如下1第次启动砂轮主轴系统测得原始振动后即停机。

　　在平衡面内，垂直于振动超前少90度的方向，15力50处试加35即90=132第次启动砂轮主轴系统测得振动后停机。Y2=计算比例常数1；与相位角，按上述计算结果，在与相反的方向实际加平衡！知，贞径积为400，2洲1.

　　第次启动砂轮主轴系统测量残余振动，测得*大残余振动的幅值为2，砂轮主轴系统获得优良的平衡状态，说明测得的比例常数与相位角，具有较高的精度。

　　3结论砂轮主轴系统的快速现场动肀衡技术对速精密磨削的重要性可从如下方面体现出来1可将振动控制在允许的较低水平。可明显地提高工件的加工精度，降低面粗糙度。

　　在数分钟，重新达到以好的肀衡状态，因而可显著提生产效率。

　　可*大限度地发挥磨床的加工潜力，避免实际生产中由于不平衡引发的振动使机床无法在*高转速下正常工作的现象发生。

　　砂轮主轴系统足精密关键部件，快速现场动平衔技术可避免由于过大的不乎衡振动引起的砂轮主轴系统的损坏，降低轴承的磨损，保证机床的安全运行并显著提高其使用寿命。

　　可以说，深入开展快速现场动平衡技术的理论与应用研究是我国发展高速精密磨削技术的个十分重耍和迫切的任务。