一种以表面波纹度最小化为目标的电主轴动平衡优化方法

摘要

本发明公开了一种以加工工件表面波纹度最小化为目标的电主轴动平衡优化方法。已有的平衡优化策略往往以残余振动的总能量或最大振动最小化作为优化目标，但是上述优化控制目标并不能保证加工表面波纹度的最优控制，原因在于各向振动对表面波纹度的影响程度不尽相同。为了克服上述传统方法的缺陷，本发明首先建立了电主轴振动与工件表面波纹度之间的映射关系，计算得到电主轴各向振动对表面波纹度的影响因子β_h，β_v，β_a，并以工件加工表面波纹度最小化作为最终的平衡优化目标对平衡过程进行优化。与传统主轴在线动平衡方法相比，该项技术可最大程度地抑制影响加工表面波纹度的主轴不平衡响应振动，对优化电主轴振动分配和提高产品质量具有重要意义。

主权项

1.一种以加工表面波纹度最小化为控制目标的平衡优化方法，其特征在于：步骤一.首先建立电主轴各向振动与产品表面波纹度的关联模型，并通过该模型计算得到电主轴径向水平、径向垂直和轴向振动对表面波纹度的影响权重因子β_h，β_v，β_a；其中：β_h----径向水平振动对表面波纹度的影响权重因子；β_v----径向垂直振动对表面波纹度的影响权重因子；β_a---轴向振动对表面波纹度的影响权重因子；步骤二：通过加速度传感器和键相传感器获取电主轴各向原始振动数据：v_hc，v_hs，v_vc，v_vs，v_ac，v_as；其中：v_hc，v_hs----径向水平原始振动的余弦和正弦分量；v_vc，v_vs----径向垂直原始振动的余弦和正弦分量；v_ac，v_as----轴向原始振动的余弦和正弦分量；步骤三：添加试重，并通过试重前后的振动响应，获得单位不平衡量对振动测点的影响系数γ_hc，γ_hs，γ_vc，γ_vs，γ_ac，γ_as；其中：γ_hc，γ_hs----径向水平影响系数的余弦和正弦分量；γ_vc，γ_vs----径向垂直影响系数的余弦和正弦分量；γ_ac，γ_as----轴向影响系数的余弦和正弦分量；步骤四：将表面波纹度的影响权重因子β_h，β_v，β_a，作为权重因子代入到平衡方程(1)中，并用最小二乘法对平衡配重的大小和方位进行计算，其计算公式为(2)；$\left[\begin{array}{cc}{\beta }_h{\gamma }_{\mathrm{hs}}& {\beta }_h{\gamma }_{\mathrm{hc}}\\ {\beta }_h{\gamma }_{\mathrm{hc}}& {-\beta }_h{\gamma }_{\mathrm{hs}}\\ {\beta }_v{\gamma }_{\mathrm{vs}}& {\beta }_v{\gamma }_{\mathrm{vc}}\\ {\beta }_v{\gamma }_{\mathrm{vc}}& {-\beta }_v{\gamma }_{\mathrm{vc}}\\ {\beta }_a{\gamma }_{\mathrm{as}}& {\beta }_a{\gamma }_{\mathrm{ac}}\\ {\beta }_a{\gamma }_{\mathrm{ac}}& {-\beta }_a{\gamma }_{\mathrm{as}}\end{array}\right]·\left[\begin{array}{c}{\omega }_c\\ {\omega }_s\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{c}{\beta }_h{v}_{\mathrm{hs}}\\ {\beta }_h{v}_{\mathrm{hc}}\\ {\beta }_v{v}_{\mathrm{vs}}\\ {\beta }_v{v}_{\mathrm{vs}}\\ {\beta }_a{v}_{\mathrm{as}}\\ {\beta }_a{v}_{\mathrm{as}}\end{array}\right]---\left(1\right);$W＝-(γ_β^τγ_β)^-1γ_β^τv_β(2)；其中：ω_c，ω_s-平衡配重的余弦与正弦分量；$W=\left[\begin{array}{c}{\omega }_c\\ {\omega }_s\end{array}\right]$${\gamma }_{\beta }=\left[\begin{array}{cc}{\beta }_h{\gamma }_{\mathrm{hs}}& {\beta }_h{\gamma }_{\mathrm{hc}}\\ {\beta }_h{\gamma }_{\mathrm{hc}}& {-\beta }_h{\gamma }_{\mathrm{hs}}\\ {\beta }_v{\gamma }_{\mathrm{vs}}& {\beta }_v{\gamma }_{\mathrm{vc}}\\ {\beta }_v{\gamma }_{\mathrm{vc}}& {-\beta }_v{\gamma }_{\mathrm{vc}}\\ {\beta }_a{\gamma }_{\mathrm{as}}& {\beta }_a{\gamma }_{\mathrm{ac}}\\ {\beta }_a{\gamma }_{\mathrm{ac}}& {-\beta }_a{\gamma }_{\mathrm{as}}\end{array}\right]$${\nu }_{\beta }=\left[\begin{array}{c}{\beta }_h{v}_{\mathrm{hs}}\\ {\beta }_h{v}_{\mathrm{hc}}\\ {\beta }_v{v}_{\mathrm{vs}}\\ {\beta }_v{v}_{\mathrm{vs}}\\ {\beta }_a{v}_{\mathrm{as}}\\ {\beta }_a{v}_{\mathrm{as}}\end{array}\right];$步骤五：将计算配重量加入已有的平衡孔中，完成高速电主轴的平衡操作。