加工機的動平衡刀把及其動平衡控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種加工機的動平衡刀把及其動平衡控制系統(tǒng)，主要是于一加工機的主軸上設有一動平衡刀把，供固定加工刀具，該動平衡刀把上設有一個以上的平衡調整環(huán)及一個以上的磁性.元件；當加工機的主軸運轉時可由一動平衡控制系統(tǒng)取得主軸的振動量及動平衡刀把的相對位置，經過平衡控制系統(tǒng)運算后產生一調整角度值，供調整動平衡刀把上的平衡調整環(huán)角度，以修正主軸的不平衡量，進而避免主軸損壞、提高產品信賴度。
【專利說明】加工機的動平衡刀把及其動平衡控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種加工機的動平衡刀把及其動平衡控制系統(tǒng)，尤指一種利用磁性感應技術感應運算主軸上所設動平衡刀把的相對位置，并配合取得主軸振動量以運算出一調整角度值，供調整該動平衡刀把的角度以令其達到平衡的相關技術。
【背景技術】
[0002]由于各式加工機具有高速、高精度的加工需求，加工機在主軸高速化后遭遇質量不平衡造成的振動問題。
[0003]上述不平衡的衡量標準，是根據(jù)國際標準組織所制訂定的IS01940，轉子依據(jù)轉子使用的條件及運轉時的振動量而加以區(qū)分，其將轉子平衡等級分為11等，以2.5倍逐級遞增為增量，由最佳的G0.4到最差的G4000，其中加工機主軸與刀具的動平衡等級為G6.3，其代表不平衡的質量位于轉子半徑上相對于轉子總重量的值，亦代表不平衡對于轉子軸心的偏心距離。
[0004]而造成加工機上主軸不平衡的因素很多，例如加工刀具的尺寸大小，經常造成主軸動平衡的差異太大，進而影響主軸壽命與加工品質。
[0005]為解決加工機的主軸不平衡問題，已知的修正技術包括以下數(shù)種:
[0006]1.重量消去法:是利用鉆孔、銑削方式減少主軸上殘余不平衡邊的重量。
[0007]2.重量增加法:是在刀桿上預先鉆好固定深度的螺孔，在測量取得動平衡殘余值后，使用已知重量的螺絲加在預先鉆好的螺孔內，以修正動平衡值。
[0008]3.動平衡環(huán)調整法:是在刀桿上設兩個偏心且已知偏心量的動平衡環(huán)，通過改變其角度以調整刀桿的不平衡量。
[0009]以已知的動平衡調整法而言，是調整刀桿上兩個已知偏心量的動平衡環(huán)角度，來調整刀桿的不平衡量。因此如何決定調整角度的大小，即直接影響不平衡量的調整效果。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明主要目的在于提供一種加工機的動平衡控制系統(tǒng)，主要是在加工機主軸的動平衡刀把上分設兩個平衡調整環(huán)及一磁性元件，利用磁感應方式取得動平衡刀把的相對位置，且同時檢測主軸運轉時的振動值，以換算出兩個平衡調整環(huán)應該調整的角度，藉以快速修正主軸的不平衡量。
[0011]為達成前述目的采取的主要技術手段是令前述加工機的動平衡控制系統(tǒng)包括:
[0012]一動平衡刀把，安裝于一加工機的主軸上，供固定刀具，該動平衡刀把具有一刀把本體，刀把本體上分設有兩個平衡調整環(huán)及一磁性元件；
[0013]一磁感應檢測器，相對于前述動平衡刀把上的磁性元件；
[0014]一振動感測器，設于加工機的主軸上，用以測量主軸運轉時的振動值；
[0015]一信號處理電路，分別與前述磁感應檢測器、振動感測器連接，用以轉換處理接收自磁感應檢測器、振動感測器的感測信號；[0016]一調整角度運算模塊，與前述信號處理電路連接，用以根據(jù)信號處理電路的輸出信號運算出一調整角度值，供調整動平衡刀把上兩平衡調整環(huán)的角度；
[0017]以上所述的動平衡控制系統(tǒng)主要是在加工機主軸運轉時，利用振動感測器測量主軸的振動值，同時由磁感應檢測器取得動平衡刀把的相對位置，藉以換算出一調整角度值，并根據(jù)該調整角度值調整動平衡刀把上的平衡調整環(huán)，藉以修正主軸的不平衡量。利用上述系統(tǒng)是先測量加工機主軸修正不平衡量以前的振動值，配合動平衡刀把相對位置的取得及相關系數(shù)法的運算，得以運算出動平衡刀把上所設平衡調整環(huán)應該調整的角度，藉此可快速且準確地完成主軸不平衡量的修正。
[0018]本發(fā)明還提供一種加工機的動平衡刀把，具有一刀把本體，所述刀把本體上分設有兩平衡調整環(huán)及一磁性元件，所述刀把本體呈圓柱狀，其徑面上形成有兩朝軸心方向凹入的環(huán)槽，以分供設置一平衡調整環(huán)，所述環(huán)槽的槽高與槽形與平衡調整環(huán)的厚度、內緣輪廓匹配；各平衡調整環(huán)分別由兩片半圓形的半環(huán)片組成，兩半環(huán)片分別具有一表面及一底面，其中一半環(huán)片的底面兩端分別形成有一凹部，兩凹部使半環(huán)片兩端的厚度變小，另一半環(huán)片的兩端部分別朝圓周方向延伸一凸部，所述凸部底面與半環(huán)片的底面齊平，凸部的厚度適為另一半環(huán)片兩端凹部的深度；每一平衡調整環(huán)的其中一半環(huán)片上設有一配重塊。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1是本發(fā)明應用的加工機示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明在加工機主軸上所設動平衡刀把的分解圖；
[0022]圖3是本發(fā)明在加工機主軸上所設動平衡刀把的平面示意圖；
[0023]圖4是本發(fā)明的電路方塊圖。
【具體實施方式】
[0024]以下配合圖式及本發(fā)明的較佳實施例，進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段。
[0025]涉及本發(fā)明的一較佳實施例，請參考圖1所示，主要是在一加工機10的主軸11上設有一動平衡刀把20，該動平衡刀把20是用以固定刀具；又主軸11上設有一振動感測器12，在本實施例中，該振動感測器12是由一加速規(guī)構成。
[0026]請配合參考圖2所示，該動平衡刀把20具有一刀把本體200，刀把本體200上分設有兩平衡調整環(huán)30，30’及一磁性元件21 ;涉及平衡調整環(huán)30，30’的安裝方式，詳如以下所述:
[0027]該動平衡刀把20的刀把本體200呈圓柱狀，該刀把本體200徑面上形成有兩朝軸心方向凹入的環(huán)槽201，202，以分供設置一平衡調整環(huán)30，30’，該環(huán)槽201，202的槽高與槽形與平衡調整環(huán)30，30’的厚度、內緣輪廓匹配。
[0028]該平衡調整環(huán)30，30’分別由兩片半圓形的半環(huán)片31，32組成(由于兩平衡調整環(huán)30，30’構造相同，以下僅以其中一平衡調整環(huán)30說明其構造)，兩半環(huán)片31，32分別具有一表面及一底面，其中一半環(huán)片31的底面兩端分別形成有一凹部310，兩凹部310使半環(huán)片31兩端的厚度變小(例如變成一半)，另一半環(huán)片32的兩端部分別朝圓周方向延伸一凸部320，該凸部320底面與半環(huán)片32的底面齊平，凸部320的厚度適為另一半環(huán)片31兩端凹部320的深度，且凸部320的周長適為凹部310的周長；當一半環(huán)片32以其凸部320完全地疊合于另一半環(huán)片31的凹部310上，適可組成一正圓形的平衡調整環(huán)30。又平衡調整環(huán)30的其中一半環(huán)片31上設有一配重塊33，主要是在該半環(huán)片31上形成有一安裝孔311，供配重塊33嵌設其間，在本實施例中，兩平衡調整環(huán)30，30’是分別在相對位置的半環(huán)片31，32上設置配重塊33。
[0029]安裝前述兩平衡調整環(huán)30，30’時，是將其兩半環(huán)片31，32分開，再分別嵌入環(huán)槽201,202內，使兩半環(huán)片31，32的凹部310，凸部320得以匹配地疊合，利用公差與摩擦力使平衡調整環(huán)30，30’確實地固定在動平衡刀把20的刀把本體200上。
[0030]又本實施例中，是在刀把本體200下端套設有一螺帽22，螺帽22的徑壁上形成有一開孔220，供嵌設該磁性元件21，本實施例中，該磁性元件21是由銣鐵硼磁鐵所構成。
[0031]再者，本發(fā)明是在前述動平衡刀把20的相對位置上設有一磁感應檢測器40 (如圖3所示)，該磁感應檢測器40以微小的距離(約3?4mm)相對于刀把本體200下端的磁性元件21，當主軸11旋轉時，由磁感應檢測器40檢測動平衡刀把20的相對角度(位置)。本實施例中，磁感應檢測器40是由一巨磁阻效應(GMR)感測器所構成。
[0032]請參考圖4所示，本發(fā)明進一步包括有一信號處理電路50及一調整角度運算模塊60，該信號處理電路50分別與前述磁感應檢測器40、振動感測器12連接，用以轉換處理接收自磁感應檢測器40、振動感測器12的感測信號；該調整角度運算模塊60是根據(jù)前述信號處理電路50輸出的信號運算產生兩平衡調整環(huán)30，30’須調整的角度，以修正主軸11的不平衡量。
[0033]該信號處理電路50主要是由一巨磁阻效應控制電路51、一波形轉換電路52及一數(shù)字濾波電路53組成，該巨磁阻效應控制電路51與磁感應檢測器40連接，以接收并處理磁感應檢測器40傳來的檢測信號，該波形轉換電路52則將巨磁阻效應控制電路51送出的弦波信號改為方波；該數(shù)字濾波電路53與振動感測器12連接，以便對振動感測器12送入的信號進行濾波處理。
[0034]在本實施例中，信號處理電路50進一步與一相位運算器54及一數(shù)據(jù)擷取器55連接，該相位運算器54與波形轉換電路52連接，以便根據(jù)磁感應檢測器40輸出的信號計算其相位，再通過數(shù)據(jù)擷取器55送至調整角度運算模塊60，又振動感測器12輸出的信號經過數(shù)字濾波電路53濾波后亦通過數(shù)據(jù)擷取器55送至調整角度運算模塊60，以計算出兩平衡調整環(huán)30，30’應調整的角度。在本實施例中，該相位運算器54是由一復雜可編程邏輯裝置(CPLD)所構成,數(shù)據(jù)擷取器55則由一數(shù)據(jù)采集(Data Acquisition,簡稱DAQ)卡所構成。該調整角度運算模塊60可以是一部電腦，在本實施例中，該調整角度運算模塊60運算調整角度的方法是相關系數(shù)法，相關系數(shù)法原為估測轉子不平衡量的方法之一，相關系數(shù)矩陣是一個轉移函數(shù)(如下列式1-1)，振動量為不平衡量所產生的力經過該轉移函數(shù)的輸出:[0035]
【權利要求】
1.一種加工機的動平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述加工機的動平衡控制系統(tǒng)包括: 一動平衡刀把，安裝于一加工機的主軸上，供固定刀具，所述動平衡刀把具有一刀把本體，刀把本體上分設有兩個平衡調整環(huán)及一磁性元件； 一磁感應檢測器，相對于所述動平衡刀把上的磁性元件； 一振動感測器，設于加工機的主軸上，用以測量主軸運轉時的振動值； 一信號處理電路，分別與所述磁感應檢測器、振動感測器連接，用以轉換處理接收自磁感應檢測器、振動感測器的感測信號； 一調整角度運算模塊，與所述信號處理電路連接，并根據(jù)信號處理電路的輸出信號運算出一調整角度值，供調整動平衡刀把上兩平衡調整環(huán)的角度。
2.根據(jù)權利要求1所述加工機的動平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述磁感應檢測器是一巨磁阻效應感測器； 所述信號處理電路包括一巨磁阻效應控制電路、一波形轉換電路及一數(shù)字濾波電路，所述巨磁阻效應控制電路與磁感應檢測器連接，以接收并處理磁感應檢測器傳來的檢測信號，所述波形轉換電路將巨磁阻效應控制電路送出的弦波信號改為方波；所述數(shù)字濾波電路與振動感測器連接。
3.根據(jù)權利要求2所述加工機的動平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述波形轉換電路與調整角度運算模塊間進一步設有一相位運算器、一數(shù)據(jù)擷取器，以便根據(jù)磁感應檢測器輸出的信號計算其相位，再通過數(shù)據(jù)擷取器送至調整角度運算模塊； 所述數(shù)字濾波電路輸出端也通過數(shù)據(jù)擷取器與調整角度運算模塊連接。
4.根據(jù)權利要求3所述加工機的動平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述相位運算器是一復雜可編程邏輯裝置； 所述數(shù)據(jù)擷取器為一數(shù)據(jù)采集DAQ卡。
5.根據(jù)權利要求4所述加工機的動平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述振動感測器是一加速規(guī)。
6.一種加工機的動平衡刀把，具有一刀把本體，所述刀把本體上分設有兩平衡調整環(huán)及一磁性元件，其特征在于: 所述刀把本體呈圓柱狀，其徑面上形成有兩朝軸心方向凹入的環(huán)槽，以分供設置一平衡調整環(huán)，所述環(huán)槽的槽高與槽形與平衡調整環(huán)的厚度、內緣輪廓匹配； 各平衡調整環(huán)分別由兩片半圓形的半環(huán)片組成，兩半環(huán)片分別具有一表面及一底面，其中一半環(huán)片的底面兩端分別形成有一凹部，兩凹部使半環(huán)片兩端的厚度變小，另一半環(huán)片的兩端部分別朝圓周方向延伸一凸部，所述凸部底面與半環(huán)片的底面齊平，凸部的厚度適為另一半環(huán)片兩端凹部的深度； 每一平衡調整環(huán)的其中一半環(huán)片上設有一配重塊。
7.根據(jù)權利要求6所述加工機的動平衡刀把，其特征在于，所述平衡調整環(huán)的一半環(huán)片上形成有一安裝孔，供配重塊嵌設其間。
8.根據(jù)權利要求7所述加工機的動平衡刀把，其特征在于，所述兩平衡調整環(huán)分別在相對位置的半環(huán)片上設置配重塊。
9.根據(jù)權利要求6至8中任一項所述加工機的動平衡刀把，其特征在于，所述刀把本體下端套設一螺帽，螺帽的徑壁上形成有一開孔，供嵌設所述磁性元件。
10.根據(jù)權利要求9所述加工機的動平衡刀把，其特征在于，所述磁性元件是由銣鐵硼磁鐵所構成。
【文檔編號】G01M1/30GK103674430SQ201210323863
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月4日 優(yōu)先權日:2012年9月4日
【發(fā)明者】張郁仁, 黃富盛 申請人:恩德科技股份有限公司