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盘形高速磨削砂轮系统平衡精度研究1 修世超，刘健 东北大学机械工程与自动化学院，沈阳（110004 ） E-mail: shchxiu@ 摘 要：盘形高速砂轮系统的不平衡离心力对加工系统的安全性和加工质量影响很大，它不 仅使机床主轴及支撑单元受到方向不断变化的径向力的作用而加速失效，还会引起机床振 动，降低加工精度和砂轮的耐用度，甚至可能造成安全事故。本文对高速转子平衡精度和等 级及其对磨削性能的影响进行了理论分析，并深入讨论了超高速砂轮系统的不平衡因素，研 究超高速砂轮系统平衡精度的评价与选择方法，分析讨论了盘形高速和超高速磨削砂轮动平 衡技术原理和意义。 关键词：砂轮，平衡精度，高速/超高速磨削 中图分类号：TH 161 1. 引言 提高盘形高速砂轮系统的动平衡精度是实现高速磨削加工的关键技术要求。高速砂轮系 统的不平衡离心力不仅影响机床的加工性能、使用寿命和工件加工质量，还会造成砂轮的破 裂而影响安全生产。因此，必须优化高速盘形砂轮的结构和尺寸，合理规定和评价砂论系统 的平衡精度，适时对砂轮系统进行动平衡处理，以实现更高速度下的高效率、高精度的磨削 加工过程。 2. 盘形高速砂轮系统不平衡因素分析 2.1 高速转子平衡精度表示方法 机械系统中具有固定旋转轴的部件,称为转子。旋转时本身变形可以忽略的转子,称为刚 性转子。如果一个转子的质量均匀分布,制造和安装过程都很理想,则运转是平稳的,理想状况 下,其对轴承只有静压力,这种转子成为平衡转子。如果转子在旋转时对轴承除有静压力外, 还有附加动压力,则称为不平衡的转子[1] 。实际上, 由于设计误差、材料缺陷、加工与装配误 差等原因，不平衡转子是普遍存在的。 参照高速转子的平衡精度标准，使用中高速加工工具系统平衡精度评价方法常采用不平 衡量和平衡精度等级这两种指标来进行评价。 （1）不平衡量ϕ 。设转动件质量为m ，质心与转动中心的偏心为e ，则该转动件的不 平衡量ϕ 为 ϕ e =×m (1) 由式（1）可知，不平衡量ϕ与转动件的转速无关。转动件存在不平衡量的后果是产生离心 力并引起系统振动。转动件离心力与不平衡量ϕ关系为 F ϕω2 （2 ） （2 ）平衡等级G 。由于转动件不平衡产生的离心力与转动件的角速度ω有关，因此定 1 本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（20040145001 ）的资助。 - 1 - 义另一个与角速度ω有关的评价平衡精度的参数，即平衡等级 G G e=×ω （3 ） 离心力与平衡等级G 的关系为 F mGω (4) （3 ）不平衡量ϕ与平衡等级G 的关系可表示为 ϕ Gm / ω (5) 2.2 盘形高速砂轮系统不平衡因素分析 盘形高速砂轮系统平衡精度主要与系统的质量、刀具的转速以及刀具的偏心量有关，这 些因素与刀具系统的设计、制造、装配和工作状态密切相关。在高速砂轮系统中，旋转体的 不平衡会产生一个大小与转速成平方关系的附加的离心径向载荷[2]，对安全性和加工质量带 来不利的影响。在兼顾经济性要求的基础上，可采取如下措施来减小或消除各种因素对砂轮 系统平衡精度的影响： （1）在设计过程中消除不平衡因素。在砂轮系统中,造成砂轮系统某些不