全自动平衡机系统研究

    1　全自动平衡机系统的体系结构

    一个不平衡的转子在其旋转过程中会对其支承结构和转子本身产生一个压力,并导致振动。因此,为了提高转子及其构成品的质量、减小噪声、减小振动、提高支承部件(轴承)的使用寿命、降低使用者的不舒适感、降低产品的功耗,使转子达到动平衡是非常必要的。全自动平衡机就是对转子在旋转状态下进行动平衡测量,计算不平衡量并实施校准(加重或去重),使之达到动平衡(剩余不平衡量在可容忍范围内)的机器装置。

    高精度全自动动平衡机的实现,在于高精度的测量技术和高精度的去重技术。从测量技术原理上分,动平衡机可分为软支承动平衡机和硬支承动平衡机。软支承动平衡机支撑刚度低,传感器检测出的是与振幅成正比的不平衡量,为测幅型;硬支承动平衡机支撑刚度高,传感器检测出的是与离心力成正比的不平衡量,为测力型。由于硬支承动平衡机具有只需一次标定、通用性强等特点,近年来发展迅速,已成为动平衡机的主流。就平衡机的去重方式来讲,目前应用较多的有铣削去重和钻削去重[5-6]两种平衡校正方式。铣削去重效率高,容易实现自动化,在中小型电机自动平衡校正中应用最广泛;钻削去重通常用于手动操作校正或半自动的平衡校正。本课题研制的全自动平衡机系统采用R型铣削去重,系统由平衡机本体、测控系统、上位机三大部分构成,如图1所示。 

    全自动动平衡机本体包括机械本体、动力部分(交流电机)、执行机构(含三个步进电机)及检测传感装置,主要功能是实现工件自动动平衡检测加工所需的支承、驱动、动作及检测等;测控系统由测量控制卡、步进电机控制卡及系统动作协调控制卡、PLC等构成,主要完成不平衡信号的采集与整理、工件不平衡量(幅值和相位)提取、工件旋转速度的调节和控制以及与上位机的数据通讯等功能;上位机负责整个系统运行的协调、管理和维护工作;鉴于平衡机工作场所电磁环境恶劣,上位机采用工控机,并与测控系统中的PLC共同放置于一个综合控制机柜中。上位机软件基于DELPHI 7开发系统设计,采用面向对象技术完成[7]。上位机一方面要接收各控制卡上传的数据,另一方面将设定参数、分析处理的结果传送给相应控制卡。主要功能包括工件标定、误差分析与补偿、平衡参数智能分析、故障诊断、控制协调及用户界面等,上位机与各控制卡的通讯采用RS232串行总线。

    2　全自动平衡机系统的控制过程

    2·1　控制流程

    对全自动平衡机的工作过程实施控制,主要是对工件(转子)不平衡量的测量及校正两个阶段实施控制,达到全自动实现的目的。控制过程的流程图见图2。其中,测量夹具夹/松操作、旋转夹具夹/松操作、铣刀转/停操作均由PLC控制,而负责工件旋转、进给的两个步进电机和负责带动铣刀快进/退、工进/退的步进电机的控制信号则由步进电机控制卡给出。由图2可以看出,全自动平衡机的工作过程主要包含两个步骤: (1)不平衡量测量,信号处理,判断工件是否合格,是则打印测试报告并结束,否则进行步骤2; (2)按控制策略去重,并转步骤1,检测工件是否已达标。