电机转子动平衡机及其去重策略的研究

　　1 引言

　　随着现代电动工具业的飞速发展，广泛应用于生产生活的电机转子转速已由原来每分钟的几千转向上万转、甚至几万转方向攀升[1]，带来了很大的振动，增加了噪声，缩减了转子寿命，导致产品质次价低，因此必须对其进行动平衡校正。手工动平衡校正方法简单，资本投入少，但易受工人生产经验影响，生产效率低，完成一个转子平衡时间长，需重复几次，转子上切槽多，但基于国内劳动力相对廉价，现在很多中小企业仍采用该方法。与此相比，国外生产的全自动一体化动平衡机虽然平衡精度、生产效率等较高，但其价格高，对不同型号转子适应性较差，因而不适应国内中小企业生产现状。基于这种现状，开发一套适用于国内中小企业生产现状的全自动平衡校正系统，具有较高实用价值。

　　2 系统组成结构及工作过程

　　动平衡检测模块采用新华龙公司生产的C8051F020 单片机作为控制核心，该单片机是完全集成的混合信号片上系统，采用CIP-51 内核，与8051 完全兼容，片内集成12 位的A/D 转换器，其处理速度快，抗干扰能力强，适合工业现场环境应用[4]，可以实现待检转子的动平衡测量解算。

　　去重模块采用欧姆龙公司成产的CP1H-X40DT 型号PLC作为中央控制单元，根据检测模块解算出的幅值相位信息，完成对转子的去重铣削;待检转子由检测模块到去重模块之间的移动通过机械手来实现，最终实现转子的动平衡检测与校正。系统的结构框图，如图1 所示。

　　操作人员把待检转子放到检测模块上并开启启动按钮，驱动电机通过皮带带动待检转子运行使其处于能够表征其不平衡量的环境中，在此基础上对动平衡检测模块上的光电传感器的输出信号进行脉冲整形，两个压电传感器产生的信号经过压电变换、放大、滤波、A/D 转换后传入C8051F020 单片机，解算出待检转子的不平衡量的幅值和相位，并通过RS-232 串口通讯总线将得到的不平衡量幅值和相位结果传给去重单元的PLC。待PLC检测到待测转子检测信号完成后，启动机械手将转子由检测模块移动到去重模块，之后PLC 根据得到的幅值和相位信息控制铣刀铣削运行、工件相位切换和相关的一些开关量，完成对转子的不平衡量去重校正。

　　3 控制系统设计

　　首先对系统上电完成其初始化，将待测转子放到检测工位上，PLC 检测到测量工位转子信号后控制检测驱动步进电机加速运行，待转子转速达到稳定工作转速后，单片机对振动信号进行数据采集并进行解算，完成后将求得的振动幅值相位信息通过RS-232 串口通讯总线传送给PLC，并通过PLC 上另一根与触摸屏进行串口通信的RS-232 总线将幅值相位信息显示在触摸屏上，待检测完成后控制驱动步进电机减速运行最后使其停止在第一去重相位处。当PLC 接收到去重工位转子信号后，通过其输出口输出开关信号控制径向压紧气缸将其夹紧并开启主轴电机，完成后根据检测传输过来第一去重面的幅值信息，控制横向和径向步进电机运动实现铣刀的进给铣削。待第一去重面铣削完成后，铣刀返回工作原点，关闭主轴电机，松开径向压紧气缸。PLC 根据两去重面不平衡量的相位差值信号控制角度旋转步进电机转过相应角度，使其处于第二去重相位处。当接收到角定位完成信号后，PLC 通过输出口再次发出开关信号控制径向气缸压紧转子并开启主轴电机，当接收到第二去重完成信号后，铣刀返回工作原点依次关闭主轴电机，松开径向压紧气缸，开启机械手将工件移动到检测模块进行复测，至此完成了一个工作循环。