「机床动平衡测试技术规范」.doc

机床动平衡测试技术规范沈阳机床（集团）有限责任公司“高速/复合数控机床及关键技术创新能力平台”课题组2012年5月/仅供借鉴/1 简介动平衡技术是在转子校正面上进行校正平衡，校正后的剩余不平衡量，以保证转子在动态时是在许用不平衡量的规定范围内，在理想的情况下回转体旋转时与不旋转时，对轴承产生的压力是一样的，这样的回转体是平衡的回转体。提高精度或精密化，减小振动噪音是制造技术的一个主要发展方向、是各种各类数控机床与基础制造装备在应用中所追求的目标。动平衡技术不但可以用于各类数控机床，而且可用于各类设备包括大型和重型设备，还可用于高档数控装置等等。因此，完成本课题的目标和任务对于国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项及其项目目标和任务来说，具有着重大作用和显著意义。由于动平衡技术可用于各类数控机床、设备和高档数控装置。本课题成果将可以为各类数控机床、设备和高档数控装置的开发提供技术支持，同时为这些数控机床、设备及高档数控装置的设计、制造及安装提供理论依据与保证。动平衡技术已越来越多地应用于航天航空、国防、飞机制造、汽车制造等行业，其工程意义是非常显著的，这项技术可用于各种各类的机床及装备，而且不但可应用于新机床以提高其技术含量和精度，还可应用于老机床以焕发其新春和加入现代制造行列，提高机床及装备的加工精度是此项技术的目的。2 试验的目的（1）对于回转零部件,由于零件结构不对称、材质不均匀、加工或装配误差等因素,不可避免地存在质量不均衡。根据平衡理论,我们把具有一定转速的回转件称为转子。如果转子的质量分布对其轴线而言不均匀、不对称,即其中心主惯性轴不能与旋转轴线重合,那么旋转时就会产生不平衡离心力,它会对支承架和基础产生作用力,而且还会引起机器振动,振动的大小主要取决于不平衡量大小及支承架和基础的刚度。如果振动严重,则会影响机器的性能和寿命。因此,在几乎所有的回转体零件中,平衡工艺是必不可少的工艺过程,它是减小转子振动的极为重要的手段,它能解决由于自由离心力造成的振动。经过平衡后的转子可以延长机器的寿命,减轻振动和降低噪声分贝值,从而改善机器的性能,使其得到平稳的运转。（2）掌握系统动平衡的测量方法和计算方法。（3）根据分析结果，提出机床改进意见，提高机床主轴动平衡品质。3 主要内容与适用范围本规范规定了数控车床、数控镗铣床及加工中心动平衡的前期准备、试验内容及程序。本规范适用于数控车床、数控镗铣床及加工中心的动平衡测试，也可以指导其它普通机床的动平衡试验。4 引用标准及参考文献ISO 1940-2-1997 机械振动 刚性转子的平衡质量要求 第2部分 平衡误差5 基本要求1）试验前，相关部门需提供机床的性能参数表，精度检验单及机床切削规范。2）设计部门指定专人负责机床动平衡试验的组织和实施，明确试验人员、工装安装人员和机床操作人员的职责，试验数据记录等表格应准备就绪。3）机床的零、部件必须为合格品，否则不得进行装配和试验。4）试验应在不影响机床性能和精度的条件下，经安装与调试后进行。5）检验机床动平衡时，各部件的位置一般应为该部件的常用位置。6）检验机床动平衡时，各部件的夹紧或非加紧状态应与完成基本工序时的状态相同。7）检测机床动平衡时，保证机床主轴旋转部件平稳的运转，能够得到进行动平衡测试需要的转速要求。6 动平衡的定义及其测试原理1）动平衡定义机床主轴不平衡是指由于离心力的作用而在轴承上产生振动或运动原因的转子质量分布状态。动平衡是在转子校正面上进行校正平衡，校正后的剩余不平衡量，以保证转子在动态时是在许用不平衡量的规定范围内，在理想的情况下回转体旋转时与不旋转时，对轴承产生的压力是一样的，这样的回转体是平衡的回转体。机床主轴动平衡可由如下进行评定：（1）转子平衡程度G值：也称偏心速度，它不仅表示了转子不平衡程度，而且还表示了转子质量偏心距与工作转速间的关系。（2）机床主轴振动位移值：机床主轴转动时，刀具或工件在支承件导轨上的位置变化使机床的静刚度和综合位移产生变化，从而引起加工工件的形状误差或定位误差。因此，刚度变化量的大小反映了机床加工精度的稳定性。（3）机床主轴振动速度值：从保证机床加工精度、生产率以及防止振动的角度来确定各类机床振动速度值。2）动平衡等级标准平衡等级标准的设定ISO1940, Balancing Grades for Various Groups of Representative Rigid Rotors 图1 平衡等级 平衡的要求与等级标准Maximum residual unbalance as laid down in ISO 1940 图2 等级标准7 动平衡测试原理把刚性回转体安装在动平衡机的弹性支承上，使回转体转动。根椐支承的不同情况，(通过回转体的周期性机械振动信号变为电感信号)测量出支承的振动和支反力。用分离解算电路，计算出回转体的不平衡量，再对回转体进行加重或去重,直至平衡量达到要求。8 动平衡测试数据处理通过现场动平衡仪对机床主轴进行动平衡测试，得到的数据通过数据线上传到电脑中，利用软件生成报告，经过数据整理分析得到最终的报告。下面举例说明数据处理的过程：以数控车床CAK3675为例，得到的原始数据如图所示：图3 原始数据经过配重得到的振动量明显减小，减小了振动。图4 质量合成图本测量采用试重法，对数控车床进行主轴动平衡测试。我们在主轴前端面处设置一个加速度传感器，在设定为3000rpm的转速下，利用现场动平衡仪测试其振动速度，经过初始运行，可以得到初始的振动速度和相位值，在直径主轴端进行配重，经过测试运行后，得到一次配重的振动速度和角度值，从而得到二次配重所需要的重量和相位值，我们利用天平进行称重，于是配以相同的重量和相位值，主轴的测试点的振动速度明显变小。通过试验数据，在3000rpm的转速下，通过试重法，经过动平衡校准后，我们可以看出测试点的振动速度变小，振动量变小。所以我们建议：尽管机床装配前主轴已经做过动平衡测试，但是由于主轴装配过程中会产生一些人为的误差，再加上主轴与电机连接，齿轮传动等，也会造成一定的偏差，所以建议装配完成后进行动平衡测试。振动是衡量转动设备运行状态好坏的重要指标。对