一种盘类工件加工中的不平衡量在线监控及去重方法

本发明涉及一种盘类工件加工中的不平衡量在线监控及去重方法。该方法克服现有盘类工件的动平衡需要专用的动平衡机，且平衡效率与精度低等缺点。提出通过监测主轴不平衡振动信号的变化而间接测量在加工盘类工件不平衡量的方法。基于此方法，本发明提出通过对盘类工件加工过程中不平衡状态的监控，防止盘类工件过大不平衡量的形成及恶化；在盘类工件加工完成后，保持其在机床主轴上的装夹位置不变，而在主轴旋转中在线测量盘类工件不平衡量，并通过控制机床去重的方法减小或消除盘类工件的不平衡量。本发明在提高盘类工件的平衡效率和精度，降低平衡成本方面具有重要意义。

1.一种盘类工件不平衡量在线监控系统，其特征在于：通过监测主轴不平衡振动而间接测量盘类工件不平衡量；监控系统包括两个电涡流传感器（1）（5）、两个热电偶（3）（4）、一个光电传感器（2）、信号采集卡（6）、PC机（7）、CNC控制中心（8）及相应的信号线组成；电涡流传感器（1）通过数据线与信号采集卡（6）相连，端部与主轴（9）非接触，用于测量主轴（9）前端振动位移信号；电涡流传感器（5）通过数据线与信号采集卡（6）相连，端部与主轴（9）非接触，用于测量主轴（9）尾端振动位移信号；热电偶（3）通过数据线与信号采集卡（6）相连，端部与轴承（11）外圈接触和固定，用于测量主轴前端轴承（11）温度信号；热电偶（4）通过数据线与信号采集卡（6）相连，端部与轴承（10）外圈接触和固定，用于测量主轴尾端轴承（10）温度信号；光电传感器（2）通过数据线与信号采集卡（6）相连，端部与卡盘（12）非接触，用于测量卡盘（12）上的基准信号；电涡流传感器（1）（5）、热电偶（3）（4）、光电传感器（2）所测量信号由信号采集卡（6）采集，并传输到PC机（7）；信号采集卡（6）通过插槽与PC机（7）相连。2.根据权利要求1所述的监控系统，盘类工件加工的不平衡量在线监控及去重方法的特征在于：总体包括离线实验、在线监控和在线去重三个方面；离线实验实施步骤如下：步骤一，将主轴（9）工作转速离散为有限个实验转速点；并在每个实验转速下，根据主轴（9）工作中前、后轴承（11）（10）的温升情况，选取有限个离散的实验温度条件；步骤二，选取某一实验转速点：首先在冷态（常温）、无试重条件下测量主轴（9）前、后端的初始不平衡振动；然后在卡盘（12）端面上施加一已知不平衡量，在实验转速下测量主轴（9）前、后端试重后的不平衡振动；进而基于影响系数法的基本原理，计算冷态条件下，卡盘（12）端面相对于主轴（9）前、后端振动监测点的影响系数；步骤三，机床在步骤二实验转速下运转，实时监测前、后轴承（11）（10）的温度信号，当温度达到实验温度条件时，采用步骤二同样的试重方法，测算该温度条件下卡盘（12）端面相对于主轴（9）前、后端振动监测点的影响系数；步骤四，重复步骤三的实验过程，测算所有温度条件下卡盘（12）端面相对于主轴（9）前、后端振动监测点的影响系数；步骤五，结合步骤四、三、二的实验结果，考察前、后轴承（11）（10）温度变化对影响系数的影响，设计影响系数的温度补偿系数；步骤六，重复实验步骤二～五，测算所有实验转速、冷态下影响系数及其温度补偿系数，构建影响系数在线调度控制表；调度控制表包含各转速、冷态条件下的影响系数，主轴（9）初始不平衡振动及影响系数的温度补偿系数等；在线监控工艺流程如下：1）盘类工件（14）加工过程中不平衡量的监测与判断按以下流程实施：ⅰ）通过信息监测，实时获取当前工作转速信号n_i，当前温度信号（t_1j,t_2j），测量并提取主轴（9）当前不平衡振动信号（，）；ⅱ）以当前转速信号n_i索引主轴（9）的初始不平衡振动信号（，），依式计算当前盘类工件（14）不平衡所引起的主轴（9）不平衡振动量； ⅲ）以当前转速信号n_i索引系统影响系数（，）；以当前温度信号，索引当前影响系数的温度补偿系数（，），按式计算当前转速及温度条件下的影响系数（，）； ⅳ）基于影响系数线性可逆的原理，依式分别计算当前在加工盘类工件（14）的不平衡量； ⅴ）依据的大小，判断当前盘类工件（14）不平衡量的大小和相位；2）将当前加工过程中盘类工件（14）不平衡量的测算结果与上一次测算结果相比较，判断当前加工过程中盘类工件（14）不平衡量是否异常增加；如果没有发生异常变化，则继续加工并返回到监控状态；否则，系统发出报警信息，结束当前加工进程，停机待查明事项原因；在线去重的工艺流程如下：1）待盘类工件（14）加工工序完成后，启动机床高压空气系统，吹除盘类工件（14）及卡盘（12）上的残屑；2）按流程ⅰ～ⅴ，测算并判断盘类工件（14）当前残余不平衡量是否超标，若残余不平衡量在允许范围内，则提示取下盘类工件（14），流程结束；若残余不平衡量超标，则执行随后的去重工艺；3）依据盘类工件（14）的结构特点选取适当的去重模型，并计算残余不平衡量的去重位置和去重量；4）数控系统控制主轴准停至基准位置；5）数控系统控制去重刀具去除一部分材料；6）按工艺ⅰ～ⅴ，重新测算并判断盘类工件（14）不平衡量，若残余不平衡量在允许范围内，则提示取下盘类工件（14），流程结束；若残余不平衡量超标，则提示重新执行去重工艺或判废。