日本曲軸平衡機原理解析

1、日本平衡機原理解析及維修提要設(shè)備維修檔案系列資料為了提高大家對日本曲軸平衡機的了解，促進維修能力的提高，特對日本曲軸平衡機進行原理分析及維修方法介紹。相關(guān)資料部分來自廠家培訓(xùn)記錄。 一.關(guān)于曲軸動平衡的基本原理 簡要地了解動平衡理論有助于我們對維修的正確判斷。 (一)平衡理論 什么是不平衡量 以一個均勻轉(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： m×r,單位：g.cm真正的轉(zhuǎn)子不平衡程度不僅與不平衡質(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)

2、系，顯然，同樣的值，越大，表示不平衡程度越??；越小，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這個參數(shù)能較為準確地表示一個轉(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 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如圖三：M m O O m M 圖三：偶不平衡示意圖（）準靜不平衡 慣性軸線與幾何支撐軸線斜交，但不過中心點如圖四 M m O O M 圖四：準靜不平衡示意圖（）動不平衡慣性軸線與幾何支撐軸線不相交，

3、亦不平行如圖五 M O O m m M 圖五：動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，去重時最少要平衡兩點以上3·不平衡量的工業(yè)標準國標ISO1940規(guī)定了不平衡量的工業(yè)標準，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）動平衡機1·平衡機測量的基本力學(xué)關(guān)系如下圖，為一臺平衡機的測量系統(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 圖六：一個簡單的平衡機測量裝置 圖中不平衡量m產(chǎn)生的離心力： f=mrw2 水平方向的離心力分量： f

4、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，由傳感器測取并產(chǎn)生電壓信號，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)。主要來自風阻，摩擦阻尼。 K：支撐體彈性系數(shù)。 阻尼力很小，一般分析時可不予考慮。 3·硬支撐平衡機的力學(xué)分析當不考慮慣性力時KX，可以設(shè)計為硬支撐結(jié)構(gòu)。這時，平衡方程可改

5、寫為： X=mrw2/K可見，硬支撐平衡機與床身質(zhì)量無關(guān)，出廠時做一次性標定即可，無須經(jīng)常標定。但對地基要求高，否則慣性力將產(chǎn)生影響，影響平衡精度。 機床的共振點為： w0= K/M 對硬支撐平衡機，工件轉(zhuǎn)速應(yīng)在w0/3以內(nèi)。 4·軟支撐平衡機的力學(xué)分析這種平衡機的彈性力相對于慣性力而言，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量。由于式中包括機床質(zhì)量，故機床需要經(jīng)常標定，對地基要求不高。 這種平衡機的工件轉(zhuǎn)速一般控制在2-2.5w0之內(nèi)。5·半硬支撐平衡機的力學(xué)分析這種平衡機既要考慮慣性力，又

6、要考慮彈性力。其平衡方程為： MX+KX=mrw2這一方程的計算較為困難，從力學(xué)關(guān)系來進行分析，可以從下面公式進行不平衡量的分離。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，當去重點事先選定后，很容易依據(jù)從支撐點測量到的不平衡量UL和UR確定應(yīng)去重量U1及U2。 半硬支撐的平衡機，其工件轉(zhuǎn)速在w0附近，因而靈敏度高。它對地基的要求介于硬支撐和軟支撐之間。6· 我們廠的平衡機類型及曲軸去重的一些結(jié)論老平衡機（美國）屬于軟支撐型，而新平衡機（日本）屬于半硬支撐型。由此，我們

7、不難得出兩臺機床在使用和保養(yǎng)中應(yīng)注意哪些問題的結(jié)論。新平衡機和老平衡機一樣，曲軸去重點也是10°、130°、190°、250°四個點。常見的曲軸驅(qū)動方式有摩擦輪驅(qū)動、皮帶輪驅(qū)動、端部驅(qū)動和虎殼驅(qū)動四種。我廠的美國平衡機為端部驅(qū)動，這種驅(qū)動方式對聯(lián)軸節(jié)要求很高，需要經(jīng)常進行補償和對聯(lián)軸節(jié)做調(diào)整。去重點理論上越少越好，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介紹，細節(jié)請查閱數(shù)控部分的說明書。 .加工程序機床的加工程序如下：O0001（WORK 2.2L）；2.

8、2L發(fā)動機曲軸加工主程序。#100=-190；快進行程變量賦值。#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)動機機加工主程序。#100=-190；快進行程變量賦值。#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。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N

9、30。M03；主軸起動。#110= #1032 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；快速進給到#100（將接觸工件）位置。M98 P1003；轉(zhuǎn)到O1003程序。N30

10、 M53；通知PLC加工結(jié)束。G91 G30 Z0；返回原點。M05；主軸停止。N40 M99；返回主程序。O1003；加工子程序2。M03；主軸起動。*（沒必要）。IF (#1014 EQ 0) GOTO 45；如果#1014=0，轉(zhuǎn)到N45。M55；通知PLC將進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= #122×256；把去重量高八位后加八個零，賦給#1

11、24。#123= #121+ #124；把去重量的全部十六位合并，賦給#123。#123= #123/10；一次去重量#123/10。#123=-#123；#123取反。#125= #123+5.0；設(shè)置中速移動的終點坐標，賦給#125。G90 G01 Z #125 F1500；中速移動到#125位置。G90 G01 Z#123 F#101；工進（慢速）去掉全部超重量。GOTO 55；轉(zhuǎn)到N55。N45 G90 G00 Z#100；快速進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）=1（為真），則轉(zhuǎn)到N50。（#1015由NC的#1

12、頭開門標志寄存器5006及#2號頭的開門標志寄存器5306自動賦值）。G91 G31 Z-10.0 F#101；如尚未接觸工件，則慢速進給，試探接觸工件位置。接觸后，跳到下一步執(zhí)行。#500= #5061 + 0.0；把開門實際位置坐標值#5061賦給#500。#502= #100+(-10.0)；快進行程#100再向前10 mm所在點的坐標賦給#502，作為打刀檢測點坐標。IF (#502 LT #500) GOTO 50；如果#502小于實際開門坐標#500，鉆頭未斷，程序轉(zhuǎn)到N50。M50；否則為打刀，向PLC報警。G91 G30 Z0；動力頭退回原點。M05；主軸停。M99；返回主程序

13、。N50 G90 G01 Z#500 F#101；如未打刀，則繼續(xù)進給到#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)步進進給量變量#113=-99.9。這個數(shù)值不是實際使用值，實際值要在調(diào)試中確定。#114=0.0；設(shè)步進后退量變量#114=0。這個數(shù)值也不是實際使用值，實際值要在調(diào)試中確定。以上兩步是采用動力頭的進二退一法，以進行倒屑。#115= #113+0.5；步進進給量加修正量賦給#115。#116= #114+0.5；步進后退量加修正量賦給#116。N60 IF(#1

14、12 GE #113) GOTO 70；如果剩余去重量大于步進進給量，說明即將鉆到頭，轉(zhuǎn)到N70。G91 G01 Z#113 F#101；按步進進給量工進切削。G04 P1；停留1秒。G91 G00 Z#114；按步進后退量快退。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；終點坐標#5021送#510。M57；通

15、知PLC把#510值送數(shù)據(jù)存儲器。N80 M99；返回主程序。 *說明：上面的所有變量均為帶符號數(shù)。坐標的變化為動力頭向前為負，后退為正。對所有比較命令的理解要考慮到這點，否則會得出錯誤的結(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塊為平衡機控制用，5-8塊為去重機用，9-11塊為主計算機。 以上十一塊板不包括電源部分。其基本框圖如下：電源230V/115Vx91x92x93x94 顯示器 x2 x3 ASIV700 x1x2 AVIV700 CRT接口 CRT接口 x1 EPROM 及鍵盤 x3 X1X7 RAM x3 X2

16、BPBV001 BSK AREV700 AICV700 V001 X2 打印機接口振動信號X3 X4 備用電池板 x1 x1 X4 信號輸入 X2 X2 X3 X1X2 X1X7 X7 BVKV002 BAMV001 BCPV001 BCPV001 信號處理 x1 信號運算 x1 信號運算角度基準開關(guān) 平衡機I/O接口 去重機I/O接口 x1 x1 x1 x1 x1BEAV017 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,

17、E B,C D,E 出16點 入16點 出16點 入16點 出16點 入16點 出16點 入16點 出16點 入16點 圖八：CAB750方框圖 2.傳感器原理及檢測 傳感器的結(jié)構(gòu)如下： 振動方向 5 1 4 圖九：傳感器原理示意圖顯然，它是靠鐵心振動在線圈中產(chǎn)生的電壓波動來測得不平衡量的。該傳感器正常使用時，阻抗值在3.8-6.8KW 之間，對地絕緣為10M W以上。如超出這個范圍，則可能已經(jīng)損壞。 3.操作與標定 這一部分內(nèi)容較多，請參照CAB750說明書操作部分。 值得一提的是，本平衡機標定一次后，在相當長的一段時間內(nèi)可以不做標定。這是半硬支撐平衡機的特點。 四.機床控制提要1. 關(guān)于P

18、LC控制該機床使用C200H PLC。PLC與測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.平衡機的控制結(jié)構(gòu) (1).工位劃分 下圖給出了該機床的工位劃分方法。 STA4 下料手 STA3上料手 STA2 STA1 STA5 C/O B/M 去重機 平衡機 輸送料道 圖十：機床工位分布示意圖 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)中對此 一一進行說明。(2) .加工過程與PLC狀態(tài)標志 五個工位的狀態(tài)分別用五個DM寄存器表示。這五個寄存器的狀態(tài)又可以在操作臺上的LED顯示器上查詢。具體內(nèi)容切換點見下表： STA1平衡機 STA2去重機 STA3上料手 STA4下料手

19、 STA5料道 DM101 DM102 DM110 DM111 DM100STA3從料道取件工件進入平衡機 1 平衡機測量完 11 STA4拿取工件 11 工件放進去重機 11 去重機去重完 111 STA3拿取工件 工件放回平衡機 111復(fù)檢完成 22 STA4拿取工件 工件放回去重機 22 二次去重完 222STA3拿取工件 放回平衡機復(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，機械手開始下料。(3) .不平衡量的PLC存儲切削工件時，當鉆頭接觸工件，由一個浮動機構(gòu)觸發(fā)一個SKIP 開關(guān)。這個開關(guān)信號送CNC，作為去重起

20、點。 不平衡量在10°、130°、190°、250°四個去重角度上的分解向量，分別存儲在下面八個寄存器中。其單位是mm。 1面 2面 10° DM11 DM21 130° DM12 DM22 190° DM13 DM23 250° DM14 DM24 3.報警號報警號 英 文 說 明 中 文 說 明1B/M WORK NG平衡機測量工件超重2VS10B BATT. FAULTVS10B電池故障3NC. BATT. FAULTNC電池故障4PC.BATT. FAULTPC電池故障5COUNTER COUNT FAUL

21、T計數(shù)器計數(shù)故障6WORK FAULT工件旋轉(zhuǎn)故障10NFB. TRIP空開跳閘11PC FAULTPC故障12HYD. PUMP 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潤滑泵過載18LUB. LELEL LOW潤滑油位低19LUB. P.S. OFF FAULT潤滑壓力開關(guān)斷故障20LUB. P.S. ON FAULT潤滑壓力開關(guān)通故障21COUNTER FAULT計數(shù)器故障30VS10B

22、 FAULTVS10B故障31T/F OVERLOAD1(THERMAL)輸送機熱元件跳32T/F OVERLOAD2輸送機過扭矩開關(guān)動作33LOADER ARM OVERLOAD1(THERMAL)上料臂電機熱元件跳34LOADER ARM OVERLOAD2上料臂過扭矩開關(guān)動作35UNLOADER ARM OVERLOAD1(THERMAL)下料臂電機熱元件跳36UNLOAD ARM OVERLOAD2下料臂過扭矩開關(guān)動作37L/O LUB. LEVEL LOW機械手潤滑油位低38L/O LUB. P.S. ON FAULT機械手潤滑壓力開關(guān)通故障39L/O LUB. P.S. OFF F

23、AULT 機械手潤滑壓力開關(guān)斷故障40L/O LUB. PUMP OVERLOAD機械手潤滑泵過載42T/F ADV. C/T OVER 輸送機向前動作超時43T/F RET. C/T OVER輸送機返回動作超時44LODER ARM LOWER. C/T OVER上料臂落下動作超時45LODER ARM RAISE. C/T OVER上料臂抬起動作超時46LODER ARM CHUCK C/T OVER 上料夾爪夾緊超時47LODER ARM UNCHUCK C/T OVER上料夾爪松開超時48UNLODER ARM LOWER C/T OVER下料臂落下動作超時49UNLODER ARM

24、RAISE C/T OVER下料臂抬起動作超時50UNLODER ARM CHUCK C/T OVER下料夾爪夾緊超時51UNLODER ARM UNCHUCK C/T OVER下料夾爪松開超時52T/F LS FAULT 輸送機開關(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平衡機變頻器故障71BLANCER FAULT平衡故障72B/M C/T OVE

25、R平衡超時73B/M CLAMP C/T OVER平衡機夾緊動作超時74B/M UNCLAMP C/T OVER平衡機松開動作超時75B/M LOW ROTATE C/T OVER平衡機慢速旋轉(zhuǎn)超時76MARKING ADV. C/T OVER打印向前動作超時77MARKING RET. C/T OVER打印返回動作超時78B/M CLAMP LS FAULT平衡機夾緊開關(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91READ DATE C/T OVER讀數(shù)據(jù)超時92NC1 FAULTNC1故障93NC2 FAULTNC2故障94SPINDLE1 OVE