CN101936799B - Hsk刀柄卧式动平衡测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明为HSK刀柄卧式动平衡测量装置，解决已有装置结构复杂，成本高，耐冲击性差，支承方式固定，测量范围受床身限制的问题。左、右支承架与工作台(18)连接，夹具体(6)水平放置于左、右支承架上，刀柄(13)通过夹具头(12)与夹具体(6)同轴连接，夹具颈(9)与刀柄(13)连接，拉杆(4)通过夹具座(24)和夹具头(12)与刀柄(13)螺纹连接，夹具座开口端外侧有角度环(8)，夹具座(24)的另一端连接有轴承(3)，左支承架(28)与轴承(3)连接，有第一压电传感器，右支承架(31)有水平对称的两个滚轮(15)分别与左右调节螺钉(14)和上下调节螺栓(30)连接，有第二压电传感器，第一、二压电传感器经信号线(19)与测量***(17)连接。

Description

HSK刀柄卧式动平衡测量装置

技术领域：

本发明与刀具动平衡测量装置有关。

背景技术：

随着现代制造业的发展，高速切削技术在汽车、飞机、模具等工业制造领域得到了广泛应用，空心短锥柄(HSK)刀柄因具有连接刚度好、重复安装精度高等优越性，成为了高速切削技术的重要发展方向，而刀具动平衡是开发高速切削技术的必要前提和配套技术。

目前，立式刀具动平衡机在工业发达国家中被广泛采用，其基本特点是被平衡刀柄的旋转轴线在平衡机上呈铅垂状态，立式刀具动平衡机的基本原理如图1所示：刀柄13垂直安装于同轴线的平衡机主轴(夹具体)6上，由驱动源20通过传动皮带7驱动，刀柄13旋转时在离心力的作用下对主轴6产生振动，振动信息通过传感器25转换为电信号经信号线19传入测量***17，同时速度信息由传感器21经信号线19传入测量***17，测量***17经计算后显示出刀柄13不平衡量信息。

立式刀具动平衡机采用高精密主轴、柔性轴承，刀柄通过转接套与主轴联结，整体机械结构和所用传感器技术复杂，制造和维修成本高，支承方式固定，测量范围受床身限制，支承架耐冲击性能较弱，不允许刀柄有较大的初始不平衡量。

发明内容：

本发明的目的是提供一种结构简单，制造和维护成本低，安装和调试简便，支承结构灵活，耐冲击能力强，测量范围大的HSK刀柄卧式动平衡测量装置。

本发明是这样来实现的：

本发明HSK刀柄卧式动平衡测量装置，左、右支承架与工作台18连接，夹具体6水平放置于左、右支承架上，驱动源20与夹具体6传动连接，所述的夹具体6由夹具座24的开口端与夹具颈一端轴向套接构成，夹具颈9另一端有夹具头12与刀柄13连接，刀柄与夹具头的连接面为锥面，拉杆4为前端有螺纹的细长杆，前端穿过夹具座24和夹具颈9与刀柄13螺纹连接，拉杆4的中间凸台与夹具颈端面通过第一、二垫圈和螺栓固定，夹具座开口端外侧有角度环8，夹具座24的另一端连接有轴承3，左支承架28上端有半环孔与轴承3连接，左支承架的框内有第一压电传感器与定位螺栓26连接，右支承架31上端凹孔外侧有水平对称的两个滚轮15与滚轮架32连接，滚轮架32分别与右支承架上的左右调节螺钉14和上下调节螺栓30连接，右支承架的框内有第二压电传感器与定位螺栓26连接，第一、二压电传感器经信号线与测量***17连接，左、右支承架通过定位孔27分别与左夹环5、右夹环11的定位孔33连接，右夹环11上有定位螺钉10，其下端为球形与夹具颈9接触，两个滚轮与夹具颈接触，驱动源有速度传感器与测量***17连接。

第一、二压电传感器与定位螺栓26之间、与左，右支承架之间有钢珠34。

滚轮的作用是支承夹具颈，滚轮与调节螺钉的详细构造如图9所示：

滚轮15通过螺钉36固定于滚轮架32上，滚轮架32通过上下调节螺钉30、左右调节螺钉14安装于支承架31上，上下调节螺钉30用于调整滚轮架32的水平高度，使夹具体6安装后处在水平状态，左右调节螺钉14用于滚轮架32的锁紧，防止夹具体6旋转时滚轮架32产生移动。

拉杆的作用是锁紧刀柄，以确保刀柄与夹具体间有良好的连接刚度和安装精度，拉杆与其它零件的连接关系如图3所示：

拉杆4为一前端有螺纹的细长杆，拉杆4的中间凸台通过垫圈22、垫圈23由螺钉连接于夹具颈9上，拉杆4尾端通过轴套安装夹具座24。当刀柄13放入夹具头12后，将拉杆4前端螺纹与刀柄13尾部螺纹连接，通过反向旋转拉杆4尾部，使刀柄13向拉杆4尾端作轴向移动，刀柄13与夹具头12锥孔通过配合后产生出充分的夹紧力，最终将刀柄13拉紧。

压电传感器的作用是将支承上的振动信号转换为电信号输出，压电传感器的装配关系如图8所示

压电传感器29通过螺钉26装配于支承架28中部，传感器29与螺钉26之间、传感器29与支承架28之间通过钢珠34连接。刀柄13旋转时，支承架的振动信号经钢珠34作用于传感器29，传感器29通过“压电效应”将振动信号转换为电信号，经信号线19、传感器接口1传输入测量***17。压电传感器29的优点是体积小、重量轻、灵敏度高、工作频率范围宽。

本发明的左、右支承架通过定位孔25与工作台连接，通过定位孔27与左、右夹环连接，右夹环通过可调节的滚轮架和定位螺钉与夹具颈连接，安装和调试简便，支承方式灵活，测量范围大。夹具体由夹具座24和夹具颈9轴向套接，通过拉杆将HSK刀柄，夹具颈和夹具座连为一体，结构简单，制造和维修成本低，经济实用。传感器位于左右支承架上，可用简单的压电传感器，成本低，左，右支承架的支承刚度大，强度高，耐冲击，允许刀柄有较大的初始不平衡。

附图说明：

图1为已有立式动平衡机结构图。

图2为本发明结构图。

图3为夹具体结构图。

图4为左支承架结构图。

图5为右支承架结构图。

图6为左夹环结构图。

图7为右夹环结构图。

图8为压电传感器装配图。

图9为滚轮与调节螺钉结构图。

具体实施方式：

HSK刀柄在卧式硬支承动平衡***上的测量，其基本原理是：通过检测旋转刀柄产生的离心力在平衡机上引起的振动，计算出刀柄不平衡量的大小和相位值，并通过平衡校正将不平衡量控制在允许范围内，从而达到减轻主轴振动、提高加工精度、增加刀具使用寿命的目的。

HSK刀柄卧式动平衡测量装置由HSK刀柄夹具体、左支承、右支承、左、右夹环构成，其结构如图2所示：测量左支承2和测量右支承16通过定位孔25联结于工作台18，HSK刀柄13通过夹具头12装夹在夹具体6上并由拉杆4锁定，夹具体6水平放置在左支承2与右支承16上，其中夹具体轴承3通过左夹环5安装于左支承2，夹具颈9通过右夹环11安装于右支承滚轮15上，当带有刀柄13的夹具体6通过驱动源20经传动皮带7驱动旋转时，测量左支承2、右支承16在离心力的作用下产生与不平衡量成正比的有规律振动，振动信息经传感器29转换为电信号并通过信号线19传入测量***17，同时速度信号由传感器21经信号线19传入测量***17，在夹具体6达到设定的平衡转速后，测量***17通过振动信息和速度信号计算并显示出刀柄13和夹具体6不平衡量的大小和相位，由于夹具体6已通过高等级的平衡校正，其残余不平衡量可以忽略，测量结果即为刀柄13的不平衡量。

在本发明中，夹具体6的主要作用是装夹HSK刀柄13，传递刀柄13旋转时所产生的离心力，夹具体6的大小按刀柄13的尺寸而确定。夹具体6由轴承3、夹具颈9、夹具头12、拉杆4、夹具座24、角度环8等组成，其中轴承3与测量左支承2的联结；夹具颈9与测量右支承16的联结；夹具头12的作用是装夹刀柄13，其几何尺寸符合HSK刀柄安装孔国家标准(ISO12164)；拉杆4的作用是装夹后对刀柄13的锁紧，以保证刀柄13与夹具体6具有良好的连接刚度和安装精度；拉杆中部通过垫圈22、垫圈23连接于夹具颈9上，尾端通过轴套安装于夹具座24，夹具颈9轴向套接于夹具座24内；角度环8安装在夹具座24上，用于夹具体6的相位指示；夹具体6使用前必须经过高于HSK刀柄平衡等级的平衡校正。

测量支承由测量左支承2、测量右支承16组成，其作用是在夹具体6旋转时与夹具体6构成一定形式的质量-弹簧***，支承要求具有充分的自由度、灵敏度和刚度。左支承2由左支承架28、传感器29、传感器接口1、定位螺钉26、定位孔25、定位孔27等构成，传感器29采用压电传感器，用于测量刀柄13旋转时对支承架产生的振动；第一传感器29通过定位螺钉26固定在左支承架28上；传感器接口1经信号线19联结于传感器29，其作用是向测量***17传送信号；定位孔25用于左支承2与工作台18的联结；定位孔27用于左支承2与左夹环5的联结。

右支承16也包括了右支承架31、传感器29、传感器接口1、定位螺钉26、定位孔25、定位孔27等元件，其基本功能结构和左支承2类似。右支承16还包括有滚轮15、滚轮架32、滚轮左右调节螺钉14、滚轮上下调节螺钉30等，滚轮15通过螺钉36固定于滚轮架32上，其作用是夹具体6安装时支承夹具颈9，滚轮上下调节螺钉30用于对滚轮架32的水平调节，目的是使夹具体6安装后在左、右支承架上处于水平状态，左右调节螺钉14用于水平调节后对滚轮架32的锁紧。

左夹环5、右夹环11的作用是将夹具体6安装于左支承2、右支承16，防止夹具体6旋转时产生轴向和径向的窜动，确保测量数据的稳定、可靠。左夹环5用于对夹具体轴承3的安装；右夹环11用于对夹具颈9的安装，定位螺钉10通过螺钉下端球形实现右夹环11与夹具颈9联结；夹具体6安装时夹环定位孔33需要与支承定位孔27联结。

HSK刀柄卧式动平衡测量装置的具体实施过程及操作步骤如下：

1、将左支承2、右支承16通过定位孔25连接在床身工作台18上；取下左夹环5、右夹环11，将夹具体6水平放置于左支承2、右支承16间，调节支承间的距离，使夹具轴承3放置于左支承架28半环孔内，夹具颈9放置于右支承滚轮15上。

2、在床身工作台18上通过支承定位孔25固定左、右支承；调节右支承16滚轮上下调节螺钉30，上下移动滚轮架32，使夹具体6处于水平位置，锁紧滚轮左、右调节螺钉14；安装左夹环5，使夹具体轴承3固定于左支承架28半环孔内；安装右夹环11，使定位螺钉10微接触于夹具体夹具颈9，夹环安装时，夹环定位孔33与支承定位孔27联结。

4、将传动皮带7安装于夹具座24，调整传动皮带7使其处于夹具座24的中间位置，按夹具座24的半径调节传动皮带7的高低。

5、如速度传感器为光电传感器，还需在夹具座24上用黑色无光漆作光电标志，要求黑白分明、边缘整齐。

6、按照双面校正方式，在夹具体6上选择校正平面，启动平衡测量***17，按动平衡测量***使用说明书对夹具体6进行定标、平衡测量和平衡校正。

7、将HSK刀柄13装入夹具头12，通过反向旋转拉杆4尾部将刀柄13锁紧，启动平衡测量***17，按动平衡测量***使用说明书对刀柄13进行定标、平衡测量和平衡校正，目前大多HSK刀柄13都选用单面平衡方式，对径宽比D/b＜4的高速切削长刀柄则需要选择双面平衡方式。

本发明支持各类通用卧式动平衡检测***，如三门峡动平衡制造厂的双面TYP动平衡检测***等，相对于国外立式刀具平衡机，HSK刀柄卧式动平衡测量装置的优点在于(1)机械结构、传感器装置简单，制造成本、维修成本较低，经济实用；(2)测量装置结构坚固、可靠性高，支承架刚度大、强度高、耐冲击，允许刀柄有较大的初始不平衡；(3)支承方式灵活，测量范围大。

Claims (1)

1.HSK刀柄卧式动平衡测量装置，其特征在于左、右支承架与工作台(18)连接，夹具体(6)水平放置于左、右支承架上，驱动源(20)与夹具体(6)传动连接，所述的夹具体(6)由夹具座(24)的开口端与夹具颈一端轴向套接构成，夹具颈(9)另一端有夹具头(12)与刀柄(13)连接，刀柄与夹具头的连接面为锥面，拉杆(4)为前端有螺纹的细长杆，前端穿过夹具座(24)和夹具颈(9)与刀柄(13)螺纹连接，拉杆(4)的中间凸台与夹具颈端面通过第一、二垫圈和螺栓固定，夹具座开口端外侧有角度环(8)，夹具座(24)的另一端连接有轴承(3)，左支承架(28)上端有半环孔与轴承(3)连接，左支承架的框内有第一压电传感器与定位螺栓(26)连接，右支承架(31)上端凹孔外侧有水平对称的两个滚轮(15)与滚轮架(32)连接，滚轮架(32)分别与右支承架上的左右调节螺钉(14)和上下调节螺栓(30)连接，右支承架的框内有第二压电传感器与定位螺栓(26)连接，第一、二压电传感器经信号线与测量***(17)相连接，左、右支承架通过定位孔(27)分别与左夹环(5)、右夹环(11)的定位孔(33)连接，右夹环(11)上有定位螺钉(10)，其下端为球形与夹具颈(9)接触，两个滚轮与夹具颈接触，驱动源有速度传感器与测量***(17)连接，第一、二压电传感器与定位螺栓(26)之间、与左，右支承架之间有钢珠(34)。

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