日本動(dòng)平衡機(jī)應(yīng)用原理解析

1、日本平衡機(jī)技術(shù)培訓(xùn)紀(jì)要 設(shè)備維修檔案系列資料九八年一月,日本動(dòng)平衡機(jī)調(diào)試時(shí),外商對(duì)我方人員進(jìn)行了技術(shù)培訓(xùn).現(xiàn)把培訓(xùn)內(nèi)容簡(jiǎn)要總結(jié)如下,謹(jǐn)供電氣維修時(shí)參考.下述內(nèi)容根據(jù)實(shí)際需要,照培訓(xùn)時(shí)有所補(bǔ)充,而涉及到的機(jī)械和工藝上較深的專業(yè)問題又有所刪節(jié). 一.關(guān)于曲軸動(dòng)平衡的基本原理 簡(jiǎn)要地了解動(dòng)平衡理論有助于我們對(duì)維修的正確判斷. (一)平衡理論 什么是不平衡量 以一個(gè)均勻轉(zhuǎn)子為例，如圖一： o o m m 圖一。均勻轉(zhuǎn)子的幾何支撐軸線oo與慣性軸線和mm 正常情況下，其慣性主軸線應(yīng)與支撐主軸線重合，如不重合，則表示該轉(zhuǎn)子不平衡其不平衡量可用下式表示： mr,單位：g.cm真正的轉(zhuǎn)子不平衡程度不僅與不平衡

2、質(zhì)量和不平衡半徑有關(guān)，而且與轉(zhuǎn)子的總質(zhì)量有直接關(guān)系，顯然，同樣的值，越大，表示不平衡程度越?。辉叫?，則表示不平衡程度越大由此，引入了偏心距的概念即，偏心距： e=mr/m=u/m這個(gè)參數(shù)能較為準(zhǔn)確地表示一個(gè)轉(zhuǎn)子的不平衡程度不平衡量的常見分布形式這里主要是指和曲軸不平衡相關(guān)的徑向不平衡其常見形式有：（）靜不平衡慣性軸線與幾何支撐軸線平行如圖二： m m m o o 圖二。靜不平衡示意圖（）偶不平衡 慣性軸線與幾何支撐軸線斜交于幾何軸線的中心點(diǎn)如圖三：m m o o m m 圖三。偶不平衡示意圖（）準(zhǔn)靜不平衡慣性軸線與幾何支撐軸線斜交，但不過中心點(diǎn)如圖四 m m o o m 圖四。準(zhǔn)靜不平衡示意圖

3、（）動(dòng)不平衡慣性軸線與幾何支撐軸線不相交，亦不平行如圖五 m o o m m m 圖五。動(dòng)不平衡示意圖曲軸的不平衡即屬于這種類型，由于其不平衡量的分布特點(diǎn)，去重時(shí)最少要平衡兩點(diǎn)以上3不平衡量的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)標(biāo)iso1940規(guī)定了不平衡量的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即： g=ew/1000其中，e：偏心距。微米。 w：轉(zhuǎn)速?；《?秒。 g取值一般為g0.4-g4000,曲軸在g40-g100之間。（二）動(dòng)平衡機(jī)1平衡機(jī)測(cè)量的基本力學(xué)關(guān)系如下圖，為一臺(tái)平衡機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)局部結(jié)構(gòu)示意圖。 角速度 m r 離心力f 傳感器 f水平 f垂直 圖六。一個(gè)簡(jiǎn)單的平衡機(jī)測(cè)量裝置 圖中不平衡量m產(chǎn)生的離心力： f=mrw2 水平方向

4、的離心力分量： f水平= mrw2 cos 垂直方向的離心力分量： f垂直=mrw2sin 支撐彈簧變形量： a=f垂直/k，k為彈性系數(shù)。 水平力傳遞給傳感器，由傳感器測(cè)取并產(chǎn)生電壓信號(hào)，送控制系統(tǒng)。 圖中只是示意，具體數(shù)量關(guān)系要看傳感器的類型而定。 2平衡方程 一個(gè)系統(tǒng)的平衡方程如下： mx+cx+kx=mrw2 其中，m：轉(zhuǎn)子質(zhì)量。 x：支撐體變形量。 m：不平衡質(zhì)量。 r：不平衡半徑。 w：轉(zhuǎn)子角速度。 c：阻尼系數(shù)。主要來自風(fēng)阻，摩擦阻尼。 k：支撐體彈性系數(shù)。 阻尼力很小，一般分析時(shí)可不予考慮。 3硬支撐平衡機(jī)的力學(xué)分析 當(dāng)不考慮慣性力時(shí)kx，可以設(shè)計(jì)為硬支撐結(jié)構(gòu)。這時(shí)，平衡 方程

5、可改寫為： x=mrw2/k 可見，硬支撐平衡機(jī)與床身質(zhì)量無關(guān)，出廠時(shí)做一次性標(biāo)定即可， 無須經(jīng)常標(biāo)定。但對(duì)地基要求高，否則慣性力將產(chǎn)生影響，影響平衡 精度。 機(jī)床的共振點(diǎn)為： w0= k/m 對(duì)硬支撐平衡機(jī)，工件轉(zhuǎn)速應(yīng)在w0/3以內(nèi)。 4軟支撐平衡機(jī)的力學(xué)分析 這種平衡機(jī)的彈性力相對(duì)于慣性力而言，由于支撐彈簧很軟，彈性 力很小，可以忽略。平衡方程為： mx=mrw2 x=mrw2/m x為加速度，可使用加速度傳感器測(cè)量。由于式中包括機(jī)床質(zhì)量，故機(jī)床需要經(jīng)常標(biāo)定，對(duì)地基要求不高。 這種平衡機(jī)的工件轉(zhuǎn)速一般控制在2-2.5w0之內(nèi)。5半硬支撐平衡機(jī)的力學(xué)分析這種平衡機(jī)既要考慮慣性力，又要考慮彈性

6、力。其平衡方程為： mx+kx=mrw2 這一方程的計(jì)算較為困難，從力學(xué)關(guān)系來進(jìn)行分析，可以從下面 公式進(jìn)行不平衡量的分離。即： a b c u1 u2 ul ur 圖七。不平衡量的分離 如圖，有： u1=ul+(ula/b-urc/b) u2=ur-(ula/b-urc/b) 顯然，當(dāng)去重點(diǎn)事先選定后，很容易依據(jù)從支撐點(diǎn)測(cè)量到的不平 衡量ul和ur確定應(yīng)去重量u1及u2。 半硬支撐的平衡機(jī)，其工件轉(zhuǎn)速在w0附近，因而靈敏度高。它對(duì) 地基的要求介于硬支撐和軟支撐之間。6 我們廠的平衡機(jī)類型及曲軸去重的一些結(jié)論老平衡機(jī)（美國(guó)）屬于軟支撐型，而新平衡機(jī)（日本）屬于半硬支撐型。由此，我們不難得出兩臺(tái)

7、機(jī)床在使用和保養(yǎng)中應(yīng)注意哪些問題的結(jié)論。 新平衡機(jī)和老平衡機(jī)一樣，曲軸去重點(diǎn)也是10、130、190、 250四個(gè)點(diǎn)。 常見的曲軸驅(qū)動(dòng)方式有摩擦輪驅(qū)動(dòng)、皮帶輪驅(qū)動(dòng)、端部驅(qū)動(dòng)和虎 殼驅(qū)動(dòng)四種。我廠的美國(guó)平衡機(jī)為端部驅(qū)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)方式對(duì)聯(lián)軸節(jié) 要求很高，需要經(jīng)常進(jìn)行補(bǔ)償和對(duì)聯(lián)軸節(jié)做調(diào)整。 去重點(diǎn)理論上越少越好，這樣可以減少工件的內(nèi)應(yīng)力。 二.數(shù)控部分 .硬件構(gòu)成 該系統(tǒng)使用fanuc公司power mate-model d系統(tǒng)。硬件部 分這里不做詳細(xì)介紹，細(xì)節(jié)請(qǐng)查閱數(shù)控部分的說明書。 .加工程序機(jī)床的加工程序如下：o0001（work 2.2l）；2.2l發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工主程序。#100=-190；

8、快進(jìn)行程變量賦值。#101=125.4；切削速度變量賦值。#102=530；最大切削深度變量賦值。m98 p1001；轉(zhuǎn)到o1001程序。m30；程序結(jié)束。o0002(work 2.5 l)；2.5l發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)加工主程序。#100=-190；快進(jìn)行程變量賦值。#101=-125.4；切削速度變量賦值。#102=530；最大切削深度變量賦值。m98 p1001；轉(zhuǎn)到o1001程序。m30；程序結(jié)束。o1001；加工子程序1。g91 g30 z0；回原點(diǎn)。if (#1032 eq 0) goto 30；如果#1及#2頭應(yīng)去重深度變量#1032=0，轉(zhuǎn)到n30。m03；主軸起動(dòng)。#110= #1032

9、 and 4095；取#1032的前12位送#110。if(#102 lt #110) goto 10；如果#102（最大切削深度）小于#110（應(yīng)去重深度），轉(zhuǎn)到n10。if(#102 ge #110) goto 20；如果#102（最大切削深度）大于#110（應(yīng)去重深度），轉(zhuǎn)到n20。n10 #110= #102；把最大切削深度值賦給#110。n20 #110=-#110；#110取反。#110= #110/10；#110值/10。g90 g00 z #100；快速進(jìn)給到#100（將接觸工件）位置。m98 p1003；轉(zhuǎn)到o1003程序。n30 m53；通知plc加工結(jié)束。g91 g30

10、z0；返回原點(diǎn)。m05；主軸停止。n40 m99；返回主程序。o1003；加工子程序2。m03；主軸起動(dòng)。*（沒必要）。if (#1014 eq 0) goto 45；如果#1014=0，轉(zhuǎn)到n45。m55；通知plc將進(jìn)行一次去重量的低八位傳送。#121= #1032 and 255；取應(yīng)去重深度的低八位，賦給#121。m56；通知plc將進(jìn)行一次去重量的高八位傳送。#122= #1032 and 255；取應(yīng)去重深度的高八位，賦給#122。m54；通知plc數(shù)據(jù)傳送完成。#124= #122256；把去重量高八位后加八個(gè)零，賦給#124。#123= #121+ #124；把去重量的全部十六

11、位合并，賦給#123。#123= #123/10；一次去重量#123/10。#123=-#123；#123取反。#125= #123+5.0；設(shè)置中速移動(dòng)的終點(diǎn)坐標(biāo)，賦給#125。g90 g01 z #125 f1500；中速移動(dòng)到#125位置。g90 g01 z#123 f#101；工進(jìn)（慢速）去掉全部超重量。goto 55；轉(zhuǎn)到n55。n45 g90 g00 z#100；快速進(jìn)給到將接觸工件位置。if (#1015 eq 1) goto 50；如果#1015（接觸工件，即開門信號(hào)）=1（為真），則轉(zhuǎn)到n50。（#1015由nc的#1頭開門標(biāo)志寄存器5006及#2號(hào)頭的開門標(biāo)志寄存器5306

12、自動(dòng)賦值）。g91 g31 z-10.0 f#101；如尚未接觸工件，則慢速進(jìn)給，試探接觸工件位置。接觸后，跳到下一步執(zhí)行。#500= #5061 + 0.0；把開門實(shí)際位置坐標(biāo)值#5061賦給#500。#502= #100+(-10.0)；快進(jìn)行程#100再向前10 mm所在點(diǎn)的坐標(biāo)賦給#502，作為打刀檢測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)。if (#502 lt #500) goto 50；如果#502小于實(shí)際開門坐標(biāo)#500，鉆頭未斷，程序轉(zhuǎn)到n50。m50；否則為打刀，向plc報(bào)警。g91 g30 z0；動(dòng)力頭退回原點(diǎn)。m05；主軸停。m99；返回主程序。n50 g90 g01 z#500 f#101；如未打刀

13、，則繼續(xù)進(jìn)給到#500位置。n55 #504= #110+0.0；應(yīng)去重深度#110加修正值，賦給#504。#112= #504；#504賦給#112。#113=-99.9；設(shè)步進(jìn)進(jìn)給量變量#113=-99.9。這個(gè)數(shù)值不是實(shí)際使用值，實(shí)際值要在調(diào)試中確定。#114=0.0；設(shè)步進(jìn)后退量變量#114=0。這個(gè)數(shù)值也不是實(shí)際使用值，實(shí)際值要在調(diào)試中確定。以上兩步是采用動(dòng)力頭的進(jìn)二退一法，以進(jìn)行倒屑。#115= #113+0.5；步進(jìn)進(jìn)給量加修正量賦給#115。#116= #114+0.5；步進(jìn)后退量加修正量賦給#116。n60 if(#112 ge #113) goto 70；如果剩余去重量大于

14、步進(jìn)進(jìn)給量，說明即將鉆到頭，轉(zhuǎn)到n70。g91 g01 z#113 f#101；按步進(jìn)進(jìn)給量工進(jìn)切削。g04 p1；停留1秒。g91 g00 z#114；按步進(jìn)后退量快退。g04 p1；停留1秒。g91 g00 z#116；再后退0.5mm，即后退到#116位置。g04 p1；停留1秒。#112= #112-#115；計(jì)算剩余去重量，賦#112。goto 60；回到n60繼續(xù)切削。n70 g91 g01 z#112 f#101；切掉最后的剩余去重量。g04 p1；停留1秒。#510= #5021；終點(diǎn)坐標(biāo)#5021送#510。m57；通知plc把#510值送數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。n80 m99；返回主程

15、序。 *說明： 上面的所有變量均為帶符號(hào)數(shù)。坐標(biāo)的變化為動(dòng)力頭向前為負(fù)，后退為正。對(duì)所有比較命令的理解要考慮到這點(diǎn)，否則會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論。三.關(guān)于平衡儀cab750 1.硬件結(jié)構(gòu) cab150的硬件部分共有十一塊主要控制板卡。從后面看，1-4塊為 平衡機(jī)控制用，5-8塊為去重機(jī)用，9-11塊為主計(jì)算機(jī)。 以上十一塊板不包括電源部分。 其基本框圖如下： 電源230v/115v x91x92x93x94 顯示器 x2 x3 asiv700 x1x2 aviv700 crt接口 crt接口 x1 eprom 及鍵盤 x3 x1x7 ram x3 x2 bpbv001 bsk arev700 aicv

16、700 v001 x2 打印機(jī)接口 振動(dòng)信號(hào)x3 x4 備用電池板 x1 x1 x4 信號(hào)輸入 x2 x2 x3 x1x2 x1x7 x7 bvkv002 bamv001 bcpv001 bcpv001 信號(hào)處理 x1 信號(hào)運(yùn)算 x1 信號(hào)運(yùn)算角度基準(zhǔn)開關(guān) 平衡機(jī)i/o接口 去重機(jī)i/o接口 x1 x1 x1 x1 x1 beav017 beav017 beav017 beav017 beav017 beav017 均為i/o接口 x4 x4 x4 x4 x4 x4 x4 x4 x4 x4 b,c d,e b,c d,e b,c d,e b,c d,e b,c d,e 出16點(diǎn) 入16點(diǎn) 出1

17、6點(diǎn) 入16點(diǎn) 出16點(diǎn) 入16點(diǎn) 出16點(diǎn) 入16點(diǎn) 出16點(diǎn) 入16點(diǎn) 圖八。cab750方框圖 2.傳感器原理及檢測(cè) 傳感器的結(jié)構(gòu)如下： 振動(dòng)方向 5 1 4 圖九。傳感器原理示意圖 顯然，它是靠鐵心振動(dòng)在線圈中產(chǎn)生的電壓波動(dòng)來測(cè)得不平衡量的。 該傳感器正常使用時(shí)，阻抗值在3.8-6.8kw 之間，對(duì)地絕緣為10m w以上。如超出這個(gè)范圍，則可能已經(jīng)損壞。 3.操作與標(biāo)定 這一部分內(nèi)容較多，請(qǐng)參照cab750說明書操作部分。 值得一提的是，本平衡機(jī)標(biāo)定一次后，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)可以 不做標(biāo)定。這是半硬支撐平衡機(jī)的特點(diǎn)。 四.機(jī)床控制提要1. 關(guān)于plc控制該機(jī)床使用c200h plc。

18、plc與測(cè)量及去重過程有重要關(guān)聯(lián)，2中給出了部分這種聯(lián)系。 2.平衡機(jī)的控制結(jié)構(gòu) (1).工位劃分 下圖給出了該機(jī)床的工位劃分方法。 sta4 下料手 sta3上料手 sta2 sta1 sta5 c/o b/m 去重機(jī) 平衡機(jī) 輸送料道 圖十。機(jī)床工位分布示意圖 各工位的工作狀態(tài)均記載在plc的dm數(shù)據(jù)寄存器中，(2)中對(duì)此 一一進(jìn)行說明。(2) .加工過程與plc狀態(tài)標(biāo)志 五個(gè)工位的狀態(tài)分別用五個(gè)dm寄存器表示。這五個(gè)寄存器的狀態(tài)又可以在操作臺(tái)上的led顯示器上查詢。具體內(nèi)容切換點(diǎn)見下表： sta1平衡機(jī) sta2去重機(jī) sta3上料手 sta4下料手 sta5料道 dm101 dm102

19、 dm110 dm111 dm100sta3從料道取件工件進(jìn)入平衡機(jī) 1 平衡機(jī)測(cè)量完 11 sta4拿取工件 11 工件放進(jìn)去重機(jī) 11 去重機(jī)去重完 111 sta3拿取工件 工件放回平衡機(jī) 111復(fù)檢完成 22 sta4拿取工件 工件放回去重機(jī) 22 二次去重完 222sta3拿取工件 放回平衡機(jī)復(fù)檢 222復(fù)檢完成 33sta4拿取工件 送到下料道 以上步驟中，如果一次去重即合格，則dm101直接置成33，機(jī)械手 開始下料。(3) .不平衡量的plc存儲(chǔ)切削工件時(shí)，當(dāng)鉆頭接觸工件，由一個(gè)浮動(dòng)機(jī)構(gòu)觸發(fā)一個(gè)skip 開關(guān)。這個(gè)開關(guān)信號(hào)送cnc，作為去重起點(diǎn)。 不平衡量在10、130、190

20、、250四個(gè)去重角度上的 分解向量，分別存儲(chǔ)在下面八個(gè)寄存器中。其單位是mm。 1面 2面 10 dm11 dm21 130 dm12 dm22 190 dm13 dm23 250 dm14 dm24 3.報(bào)警號(hào)報(bào)警號(hào) 英 文 說 明 中 文 說 明1b/m work ng平衡機(jī)測(cè)量工件超重2vs10b batt. faultvs10b電池故障3nc. batt. faultnc電池故障4pc.batt. faultpc電池故障5counter count fault計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)故障6work fault工件旋轉(zhuǎn)故障10nfb. trip空開跳閘11pc faultpc故障12hyd. pump

21、 overload液壓泵過載13hyd. pressure overload液壓壓力過高14hyd. themo fault液壓油過熱15coolant fault冷卻故障16air fault壓縮空氣故障17lub. pump overload潤(rùn)滑泵過載18lub. lelel low潤(rùn)滑油位低19lub. p.s. off fault潤(rùn)滑壓力開關(guān)斷故障20lub. p.s. on fault潤(rùn)滑壓力開關(guān)通故障21counter fault計(jì)數(shù)器故障30vs10b faultvs10b故障31t/f overload1(thermal)輸送機(jī)熱元件跳32t/f overload2輸送機(jī)過扭矩

22、開關(guān)動(dòng)作33loader arm overload1(thermal)上料臂電機(jī)熱元件跳34loader arm overload2上料臂過扭矩開關(guān)動(dòng)作35unloader arm overload1(thermal)下料臂電機(jī)熱元件跳36unload arm overload2下料臂過扭矩開關(guān)動(dòng)作37l/o lub. level low機(jī)械手潤(rùn)滑油位低38l/o lub. p.s. on fault機(jī)械手潤(rùn)滑壓力開關(guān)通故障39l/o lub. p.s. off fault 機(jī)械手潤(rùn)滑壓力開關(guān)斷故障40l/o lub. pump overload機(jī)械手潤(rùn)滑泵過載42t/f adv. c/t o

23、ver 輸送機(jī)向前動(dòng)作超時(shí)43t/f ret. c/t over輸送機(jī)返回動(dòng)作超時(shí)44loder arm lower. c/t over上料臂落下動(dòng)作超時(shí)45loder arm raise. c/t over上料臂抬起動(dòng)作超時(shí)46loder arm chuck c/t over 上料夾爪夾緊動(dòng)作超時(shí)47loder arm unchuck c/t over上料夾爪松開動(dòng)作超時(shí)48unloder arm lower c/t over下料臂落下動(dòng)作超時(shí)49unloder arm raise c/t over下料臂抬起動(dòng)作超時(shí)50unloder arm chuck c/t over下料夾爪夾緊動(dòng)作超時(shí)

24、51unloder arm unchuck c/t over下料夾爪松開動(dòng)作超時(shí)52t/f ls fault 輸送機(jī)開關(guān)故障53loder arm ls fault上料臂開關(guān)故障54loder arm chuck ls fault上料夾爪開關(guān)故障55unloder arm ls fault下料臂開關(guān)故障56unloder arm chuck ls fault下料夾爪開關(guān)故障70b/m inv.fault平衡機(jī)變頻器故障71blancer fault平衡故障72b/m c/t over平衡超時(shí)73b/m clamp c/t over平衡機(jī)夾緊動(dòng)作超時(shí)74b/m unclamp c/t over平衡機(jī)松開動(dòng)作超時(shí)75b/m low rotate c/t over平衡機(jī)慢速旋轉(zhuǎn)超時(shí)76marking adv. c/t over打印向前動(dòng)作超時(shí)77marking ret. c/t over打印返回動(dòng)作超時(shí)78b/m clamp ls fault平衡機(jī)夾緊開關(guān)故障79marking ls fault打印開關(guān)故障90shift date c/t over數(shù)據(jù)傳送超時(shí)91read date c/t over讀數(shù)據(jù)超時(shí)92nc1 faultnc1故障93nc2 faultnc2故障94spindle1 overloade主軸1過載95spindle2 o