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1、动平衡机自动化校正系统设计 摘 要 如今动平衡技术已经非常成熟 但是传统的动平衡机只能完成转子的动平衡测试 而很多情况下转子的动平衡校正还是由人工完成 所以生产效率比较低 为适应现代 企业高效率的生产要求 动平衡测试与自动校正一体机已成为必然趋势和主流 本文综合考虑国内外自动化程度不同的各型平衡机优缺点 开发出一种可用于中 小型电机转子动平衡的 R 型铣削校正方式双工位全自动平衡机 系统结构采用模块化 设计思想 多线程协调统筹动作 信号动作状态线图进行程序流程及时序分析 具有 结构分立及合并方便 生产节拍精简 运行可靠 高校正精度等特点 为保证系统平衡精度 本文在多有文献论述的测量系统精度控制
2、的研究基础上 重点对铣削校正系统的精度控制进行目标分析和提出应用方案 文章首先详细分析各因素对平衡校正精度的相对重要性和控制难度 包括 R 型铣 槽动不平衡量的多因素影响 相位误差因素影响 校正平面位置偏差因素影响等 得 出 侧吃刀量分散度和铣刀刀尖过渡刃长度尺寸公差是转子 R 型铣削校正精度控制的 主要因素 并且相位误差及校正平面位置偏差也是重要目标 如何实现转子的全自动 动平衡校正是本文研究的重点 为此 文章研究探讨了转子的校正策略 结合转子的 实际外形并考虑到校正过程的操作简便性 本系统采用在转子的端面钻孔去重的校正 方法 在此基础上分析了各种情况下进刀量和不平衡质量大小的关系 并建立了
3、去重 数学模型 随后针对校正过程中存在的误差进行了理论分析 在控制系统的研究中 文章对系统的总体结构和总体方案进行了设计 伺服技术 是系统实现去重自动化并保证校正精度的关键 文章对主轴伺服和进给伺服的关键技 术也进行了详细的研究 包括主轴伺服的调速原理和定向控制 脉冲比较进给伺服的 原理 关键电路的设计与分析 并对交流伺服系统中的电子齿轮进行了研究 另外 对去重系统软件的流程进行了设计 关键词 动平衡 全自动平衡机 铣削用量 Automatic dynamic balance correction machine design Abstract Nowadays Dynamic balanci
4、ng technology has been well established but the function of the traditional balancing machines is limited to rotors unbalancing test In many cases the rotors balance adjustment is still done by hand so the productivity is relatively low This thesis comprehensively considered relative merits of diver
5、siform balancing machines of different automatic level at home and abroad and developed one double working position type of automated dynamic balancing which applies to micro midi electric machine rotor s R milling balance correction To assure system accuracy the writer focuses on the accuracy analy
6、sis of balancing correction system and proposition of resolution methods founded on the accuracy control of balance measurement system which has been discussed in numerous literatures Firstly relative importance and control difficulties of various factors which impact on correction accuracy are anal
7、yzed in detail The work reaches results that depth dispersion of side cut and chamfered corner length tolerance of milling cutter tool nose are the main factors as well as phase error and place deviation of correction plane Then the relationship between feed volume and unbalance quality is analyzed
8、on the basis of which the de weighting mathematical model is established Besides the possible amending error is theoretically analyzed For the research of the controlling system the skeleton of the mechanical configuration and the controlling formula are firstly introduced Servo system is a key tech
9、nology to the realization of automatic de weighting and to ensure the correcting precision So the key technology of servo system is also researched in this paper including spindle servo and feeding servo system For the spindle servo system the focus is on the research of the speed adjusting principl
10、e and the method of position controlling For the feeding servo system the principle of pulse comparison is firstly introduced then some key circuits are designed and analyzed Besides the electronic gear used in the AC servo system is also researched For the software the de weighting procedure is des
11、igned Keywords Dynamic Balancing Automated Balancing Machine Milling Dosa 目 录 1 绪论 1 1 1 课题背景及目的 1 1 2 国内外研究状况 1 1 3 课题研究内容及要求 3 2 转子的动平衡原理 5 2 1 转子产生不平衡的原因及其危害 5 2 2 不平衡的种类 7 2 3 刚性转子的动平衡原理 7 2 4 挠性转子的动平衡原理 7 2 5 校正理论研究 8 2 5 1 校正方法简介 8 2 5 2 全自动平衡机系统的组成 9 2 5 3 全自动平衡机系统的控制流程 10 2 5 4 R 型铣削模型 10 3
12、全自动动平衡机的系统构架 13 3 1 平衡机的分类 13 3 2 系统构架 14 3 2 1 平衡机 14 3 2 2 去重机 15 3 2 3 控制系统 15 4 全自动动平衡机的测量理论研究 16 4 1 测量原理 16 4 1 1 直流分量 18 4 1 2 基波分量 18 4 1 3 谐波分量 19 4 1 4 异频分量和噪声 19 4 2 动不平衡量的测量数学模型 21 4 3 数字信号处理方法 22 4 3 1 干扰信号分类 22 4 3 2 不平衡量提取方法 23 4 3 3 数字滤波方法 24 5 全自动动平衡机的测试系统设计 33 5 1 测量系统的组成 33 5 2 系统
13、部分硬件 34 5 2 1 振动传感器 34 5 2 2 参考信号测量传感器 36 5 2 3 电荷放大器 38 5 2 4 增益控制 40 5 2 5 中心频率跟踪的窄带滤波器设计 40 5 2 6 压电信号调理电路设计 46 5 2 7 数据采集卡 46 5 2 8 程控放大电路的设计 47 6 总结与展望 49 致 谢 51 参考文献 52 1 绪论 1 1 课题背景及目的 转子由于设计 材质不均匀以及制造安装误差等原因 往往造成其中心惯性主 轴或多或少地偏离其旋转轴线 这种情况称为转子具有不平衡量 当具有不平衡量 的转子高速旋转时 就会产生一个周期的激振力 从而引起振动和噪音 振动会加
14、 速轴承等零件的磨损 严重时甚至会导致事故 此外 振动还会通过轴承 机座传到 基础 恶化附近的工作环境 由振动故障诊断结果统计表明 引起振动过大的激振 力中有 90 是转子不平衡力 可见此问题比较突出 所以必须对转子进行动平衡 使其达到一定的标准 动平衡是旋转类产品生产 制造过程中必须解决的一个基本共性问题 其优劣 程度直接决定着产品的工作性能 使用寿命以及产品质量等 而且 产品的动平衡 测量及校正往往处于产品零件生产工序的末端 此前已经过初步铸造到最终成形等 多道复杂工序 其平衡性能和工作效率等指标将直接影响到产品的最终质量评定 总体生产效率以及企业的成本控制 由于目前国内外生产的全自动平衡
15、机 通过软硬件的改进 在信号采集 滤波 等处理上提升性能 以提高测量系统及整机精度的研究颇多 此项研究偏重于去重 校正系统部分的研究 力图通过样机实际生产制造的细节 提出一些理论观点和实 践经验 供全自动动动平衡测试设备生产研究相关人员讨论参考 促进我国全自动 平衡机的推广和应用 1 2 国内外研究状况 动平衡的测量离不开动平衡机 动平衡机是动平衡技术的重要组成部分 世界 上第一台动平衡机的出现迄今已经有一百多年的历史了 在上个世纪四十年代以前 转子的不平衡量的测量主要是在纯机械的设备上来完成的 不平衡量的测量没有什 么精度可言 由于机械测量原理的限制 只能一种观测估算的方法 相位的测量一 般
16、采用的仪器主要是千分表 不平衡相位的判断是利用机械系统谐振增加灵敏度完 成的 动平衡机技术的真正变革性的发展主要得益于电子和信息技术的迅速发展 到上世纪五十年代的时候 绝大多数的平衡设备的测试系统都利用了电子测量技术 平面分离电路有效地消除了左右面的相互影响 由电机拖动的 标准转子 大大提 高了调整平衡机的效率 1 2 在这期间 一些通用的平衡机逐渐形成了系列化产品 与此同时 一些工业发达的国家开始逐渐发展测量与校正装置组合为一体的平衡机 除此之外 供大批量生产用的 如汽车曲轴 电机转子 平衡自动线也开始发展 这个时期 测量方式仍在不断改进 到了二十世纪七十年代 平衡机的发展出现了 一次大的飞跃 主要标志是此时出现了硬支撑平衡机 它克服了传统软支撑平衡机 的缺陷 需要动态调整 只需要在静态下进行尺寸设定 这就是后来的永久标定式 的平衡机 我国动平衡技术的发展起步比起发达国家晚得多 对动平衡机理论和设备进行 研究开始于 1958 年华中工学院研制成功第一台 DS 500 型通用动平衡机 它真正采 用了电子测量技术 1 从那时开始算起 我国的动平衡测量技术大概经历了以下几 个阶段 50 年
