刀具平衡方法的問題分析及新方法應用

    為了克服刀具平衡方法存在的問題，必須提出新的平衡概念并開發(fā)新的平衡方法。為此，KennametalHertel公司推出了一種整體自動平衡系統(tǒng)，即用電磁技術把切削刀具與機床主軸作為整體進行自動平衡（稱為整體自動平衡系統(tǒng)TABS-TotalAutomaticBalancingSystem。它能實現(xiàn)刀具在裝入機床主軸后，與主軸一起在機床上自動進行平衡。平衡時刀具與主軸一起以工作的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，整個平衡過程不超過2秒。這種機上平衡方法實現(xiàn)了包括由刀具、刀柄和機床主軸組成的整個旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的平衡。

    這種平衡方法只要在現(xiàn)有的機床上配置kennametal/Baadyne電磁平衡系統(tǒng)，并采用KennametalHertel公司的電磁平衡刀柄就可實現(xiàn)整個旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的平衡。

系統(tǒng)的原理和構成

    工作時，兩個測量振動的傳感器安裝在機床主軸的外殼上，測量機床主軸在兩個平面上的振動�？刂破魈幚韥碜灾鬏S外殼上振動傳感器和來自刀上平衡環(huán)位置的信號，借助這三個信號，控制器能測出主軸的轉(zhuǎn)速，相位角和平衡環(huán)的位置，并將它們的值顯示出來。

    為了減少振動，控制器首先執(zhí)行一個自動平衡程序：用一個允許的額定值去比較從機床主軸上測得的振動值，然后，控制器發(fā)出傳輸能量的脈沖信號，幫助調(diào)平衡的轉(zhuǎn)子（平衡環(huán)）轉(zhuǎn)動到經(jīng)控制器計算后的位置；最后通過反復的測量、比較與調(diào)整，逐漸逼近并最終達到允許的額定值。

    刀柄上可轉(zhuǎn)動的平衡環(huán)是兩個配重的轉(zhuǎn)子，改變兩者的相對位置可使整個不平衡得到校正。通常狀態(tài)下這兩個轉(zhuǎn)子由永久磁鐵保持在某一位置上，既使非常大的轉(zhuǎn)速變化或劇烈振動也不能改變它們的位置，只有在相應的程序指令下才改變其位置。

    在這個系統(tǒng)里還有一個調(diào)節(jié)架，內(nèi)部裝有與刀柄平衡環(huán)位置相對應的線圈環(huán)，相當于定子。使用時，它被裝在機床工作臺上，處于機床主軸行程可達到的范圍內(nèi)，但又不妨礙加工過程和換刀。

平衡過程

    為了達到平衡，裝有平衡環(huán)的刀柄（具）進入調(diào)節(jié)架里，控制器進行主軸的轉(zhuǎn)速、相位角、平衡環(huán)初始位置的非接觸式測量。然后，控制器執(zhí)行一個自動平衡程序，計算刀柄上平衡環(huán)的位置。接著控制器發(fā)出傳輸能量的脈沖，從固定的調(diào)節(jié)架線圈上無接觸地把能量傳到配重的平衡環(huán)上，利用所產(chǎn)生的磁力改變兩平衡環(huán)的相對位置，達到平衡的效果。

    平衡調(diào)整可在2秒內(nèi)完成，而主軸仍以工作速度旋轉(zhuǎn)著。

    控制器重復執(zhí)行測量和調(diào)整循環(huán)，直至達到所要控制的平衡值。

    控制器通過標準的切削參數(shù)輸出/入口或RS232串行口與機床數(shù)控系統(tǒng)進行通訊，借助在線識別和自適應控制參數(shù)，能使機床主軸?刀具很快達到一個合理的平衡質(zhì)量�？刂破髂芡ㄟ^改變參數(shù)精確地設置系統(tǒng)的工作方式、門檻值和用戶的允許值。

    控制器可以與控制加工的軟件同時應用，實時顯示有關的數(shù)據(jù)和圖形，如主軸的轉(zhuǎn)速、振動的大小、配重的角位置、平衡修正向量、振動報警和故障信號。此外，該系統(tǒng)還具有用鼠標控制平衡系統(tǒng)以及用手調(diào)節(jié)平衡重量的位置的功能。

    實際效果采用電磁方法平衡刀具和主軸實現(xiàn)了在機床上按轉(zhuǎn)速大小和主軸??刀具的重量，以0.4～1的級差進行等級為G的平衡調(diào)節(jié)。這個平衡方法由于減少了高速下刀具的不平衡量，從而提高了加工的精度及表面質(zhì)量，延長了刀具壽命和保持了機床主軸的精度，它與現(xiàn)有的平衡方法相比是一個創(chuàng)新。