1 引 言

      在生產和生（shēng）活中, 旋（xuán）轉的機械（xiè）在運轉時有時會產生振動, 這樣的振動是無益的。長時間的振動會造成能量轉換過程中巨大的浪費, 嚴重的時（shí）候甚至產生（shēng）斷裂, 引發事故。為避免類（lèi）似的現象發（fā）生, 對旋轉體做動平衡（héng）是非常有效的手段。對於剛性轉子, 其工作轉速n 一般低於轉子一階自振頻（pín）率（lǜ）nc ,即n < ( 0. 6 ~ 0. 75) nc , 這類（lèi）轉（zhuǎn）子不考慮其轉軸的彈性變形, 對於高度為h , 直徑為d 的剛性轉子, 當h/ d < = 0. 2 轉子的質量可（kě）以看（kàn）作分布在同一平（píng）麵內。[ 1] 其旋轉不平衡的原因是（shì）轉子的重心不與軸線重合。類似於刹車盤這種圓盤狀的剛性轉子都可以在本平衡機上進行校正。

      2 平衡（héng）機係統結構（gòu）設計

      2.1 1 測試係統結構設計

      本平衡機測試係統采用基於影響係（xì）數法[ 2] 的動平衡檢測（cè）原理（lǐ）, 主要包括數據采集模塊、單片（piàn）機係統、偏心（xīn）振動壓電傳感器模塊和相位測量光（guāng）電傳感器模塊等組成, 如（rú）圖1 所示（shì）。

      數據采集卡包括以下功能電路:

      1) 基準（zhǔn）信號發生（shēng）器, 通過對光電傳感器采（cǎi）集的信號進行整型, 變為（wéi）方波信號分兩（liǎng）路（lù）, 一路（lù）經過鎖相環（huán）倍頻, 生成開關電容濾波器的控製信號; 另一路送單片機係統進行不（bú）平衡角度的測量。

      2) 開關電容濾波電路[ 3] , 通過開關（guān）電容濾波器的傳感器（qì）信號被濾除了與轉速不（bú）同頻率的其他噪聲。

      3) 程（chéng）控放大電路, 因（yīn）為（wéi）檢測到的不（bú）平（píng）衡電（diàn）壓信號是變化的, 當電壓信號變化時, 有必要選（xuǎn）擇合適的（de）電壓（yā）放（fàng）大倍數。通過程序選擇電壓（yā）放大電路中電阻的大小實現（xiàn）程控放大（dà）。

      轉子在旋轉過程中產生的離心（xīn）力壓（yā）迫主軸振動。位於主（zhǔ）軸上的壓（yā）電傳感器（qì）檢測到這個壓力並轉化為電壓信號輸出到數據采集模塊中; 另一路安裝在轉子主軸邊的（de）光電傳感器（qì）產生與主軸旋轉（zhuǎn）同頻率的參考信號, 兩（liǎng）路信號進入數據采集卡, 數（shù）據采集卡負（fù）責將傳感器采（cǎi）集的信號進行放大, 整形,濾波。經處理後的信號進入C51 係（xì）列單片機係統的下位機（jī）進行不平（píng）衡量與不平（píng）衡相位的計算與處理, 得到相（xiàng）位與幅值信（xìn）號, 經RS- 232 串口傳至（zhì）上位機顯示（shì）和進（jìn）行相關計算, 由上位機程序判斷銑削弧度, 計（jì）算銑削深度和銑削位置。隨後上位機將角度信號和深度（dù）信號發送至PLC 並使各執（zhí）行部分進行（háng）銑削去重的（de）步驟。本機選用歐姆龍（lóng）PLC 作為控製器, 負責對各（gè）執行部件進行電氣（qì）控製。

      2.1 2 PLC控製電（diàn）路設計

      可編（biān）程序控製器( PLC) 是以微機技術為核心的通用工業控製裝置（zhì）[ 4] , 它是將傳統的（de）繼電器- 接觸器控製技術（shù）與計算機（jī）技術（shù）和通信技術融（róng）於一體,具（jù）有功能強大（dà）、環境適應性（xìng）好、編程簡單、使用方便等優點。本機選用歐姆龍公司的PLC, 伺服係統選用三（sān）菱公司Minas A4 係列交流伺服係統。並（bìng）采用位（wèi）置控製方式對電機進行精確控製。圖2 為PLC 控製係統（tǒng）結構圖。

      3 銑削去重（chóng）數學模型

      不平衡（héng）量通常在工程中采（cǎi）用重（chóng）徑積來表示,如: 100 的物理意義為: 在100 的半徑處其殘餘的不平（píng）衡量（liàng）為1。平（píng）衡去（qù）重就（jiù）是要在檢測（cè）出對應的相位去掉固定大小的不平衡（héng）量( 單位為) 。平衡機去重方法有（yǒu）很多, 工（gōng）程中常用的包（bāo）括鑽削（xuē）去重法（fǎ）, V 型銑（xǐ）削去重法, 外圍圓弧（hú）銑（xǐ）削去重法等。針對刹車（chē）盤這種盤狀工件, 去重係統采用外圍圓弧銑削方法進（jìn）行（háng）操作。此方法的（de）優點是一次去重量大, 加工速度快, 效率高（gāo）, 便於程序控製。

      去重量與去重深（shēn）度和去（qù）重弧（hú）度有關, 按照實際工藝要求, 采用定（dìng）長變深的去重策略[ 5] , 即固定刹（shā）車盤外圍銑削弧度為或。根據測量的不平衡量大小由程序（xù）判斷銑削弧度, 調整（zhěng）銑削深度不至於過深。根據上（shàng）述特點如圖3 建立幾何去重模型: M= 不平衡（héng）量（liàng）h = 去重深度D = 工件半（bàn）徑（jìng）Q= 工（gōng）件密度B= 外（wài）圍（wéi）銑削（xuē）弧度, 圖4 為圖3 的側麵結構圖。

      圖中（zhōng）陰影部分為通過外圍圓弧銑削掉的部（bù）分,根據對稱性, 被銑削掉的部分的重心處於圖3 中的橫軸上。由於在自動去重中, 工（gōng）件半徑D, 銑（xǐ）刀刀寬w 都是已知量, 因（yīn）此, 需要找出此不平衡量與銑削深度h, 外圍（wéi）銑（xǐ）削弧度B之間的函數關係。

      4 上位機軟件設計（jì）

      組態王開發監控係統（tǒng）軟件是新型的（de）工（gōng）業自動控製係統正以標準的工業計（jì）算機軟、硬（yìng）件平台構成的集成係統取代傳統（tǒng）的封閉式係統（tǒng）, 它具有適應性強、開放性好、易（yì）於擴展、經濟、開（kāi）發（fā）周期短等優點。

      應用亞控公司的組態王軟（ruǎn）件開發（fā）的控（kòng）製界麵,顯示測量出的工件不平（píng）衡量與不平衡角度的實時值, 並且能夠實時顯示銑削運行的（de）狀態。係統支持手動與自動兩種方式, 當係統處於手動狀態時, 銑刀的伸縮, 銑刀旋轉, 主軸（zhóu）與夾具的（de）氣動控製都可以（yǐ）進行（háng）手動操作。當係統處於自動狀態時, 隻需要操作人員將工件放置（zhì）到工位上, 點擊/ 工件夾緊0後, 係統將自動對工件進行測試和銑削去重, 去重完成（chéng）後汽缸自動頂起工件並保存數據。控（kòng）製係統軟（ruǎn）件還包括參數設置, 報表查詢, 用戶密碼管理等界麵（miàn）。本係統（tǒng）控製主界麵如圖5。

      動平衡（héng）測試與工件去重都在機床上完成, 控製台負責進行測試操作、參數設置以及實時監控去重流程。控製（zhì）軟件界麵友（yǒu）好（hǎo）, 方便操作, 並具有（yǒu）實時數據存儲, 報表記錄、查詢、打印等功能。動態數據交換( Dy namic Data Ex chang e , DDE) 是Window s提供的一套基於（yú）消息（xī）的數據（jù）交換協議。在（zài）實際工程中經（jīng）常需要對批量加工的數據進行保存, 組態王的報（bào）表功能能滿足這種需要（yào）。其中報表的管理（lǐ）需要組態王（wáng）和Ex cel 進行數據交換, 基於DDE 的處理[ 6] , 組態能夠將每次加（jiā）工前後（hòu）的不平衡量, 不平衡角度以及加（jiā）工日期時間等數據以數據庫的形式保存起來, 方便以後的查詢（xún）、管理。

      4 結 論

      采用組（zǔ）態王編寫的上（shàng）位機控製係統能（néng）直（zhí）觀的顯示不平衡量值以及不平衡角度的具體（tǐ）位置, 且能方便的監控銑削狀態。基於PLC 控製的交流伺服電機的精確（què）控製使平衡機自動（dòng）去重達到高精度的要求, 減少了係統中的校正誤差。大量實踐證明該平衡機一次去重率能達到90%以（yǐ）上。而且對於類似的需要通過銑（xǐ）削進行平衡的（de）盤狀轉子具有廣泛的通用性。