这是星申动平衡机小编在汽车发动机厂担任维修工程师时写的文字。文章中涉及的曲轴平衡机是我厂自主研发的产品。文章中的大部分内容仍然具有参考价值，发表是为了同行们受益。
1 曲轴动平衡基本原理分析
曲轴减重平衡机是集机械加工、计算机数控、微电子技术、发动机工艺理论等技术于一体的典型机电一体化设备。它是我们工厂最复杂的设备之一。
首先，简单了解一下动平衡理论，有助于我们正确掌握设备。
1.1 平衡理论
(1)什么是不平衡量？
以均匀转子为例，
一般情况下，惯性主轴应与支撑主轴重合。如果它们不重合，则意味着转子不平衡。不平衡量可以用以下公式表示：
mr
单位：g.cm，m：不平衡质量，不平衡半径。
转子不平衡的真实程度不仅与不平衡质量和不平衡半径有关，而且与转子的总质量M有直接关系。显然，对于相同的U值，M越大，不平衡程度越小； M越小，不平衡程度越小。意味着不平衡程度越大。由此，引入了偏心率的概念。
即偏心率：E=mr/M=U/M
该参数可以更准确地表征转子的不平衡程度。
(2) 不平衡量的常见分配形式
这主要是指与曲轴不平衡有关的东西：“径向不平衡”。其常见形式有：
1）静不平衡
惯性轴平行于几何支撑轴。
2）夫妻不平衡
惯性轴与几何支撑轴斜交于几何轴的中心点。
3）准静态不平衡
惯性轴与几何支撑轴倾斜相交，但不通过中心点。
4）动态不平衡
惯性轴与几何支撑轴不相交，也不平行。
曲轴的不平衡就属于这种类型。由于其不平衡量的分布特点，去重时至少必须平衡两点。
（三）不平衡数量行业标准
国家标准ISO1940规定了不平衡量的行业标准，即：
G=EW/1000
其中，E：偏心率。微米。
W：转速。拉德/秒。
G值一般为G0.4-G4000，曲轴在G40-G100之间。
1.2动平衡机
(1)平衡机测量的基本力学关系
不平衡量m产生的离心力：
f=mrw^2
水平离心力分量：
f 水平=mrw^2 cos
垂直离心力分量：
f垂直=mrw^2sin
支撑弹簧变形：
A=fvertical/K，K为弹性系数。
水平力被传输到传感器，传感器测量并产生电压信号，该电压信号被发送到控制系统。
(2) 平衡方程
系统的平衡方程如下：
MX+CX+KX=mrw^2
在：
M：转子质量。
X：支撑体的变形量。
m：不平衡质量。
r：不平衡半径。
w：转子角速度。
C：阻尼系数。主要来自风阻和摩擦阻尼。
K：支撑体弹性系数。
阻尼力很小，一般分析中可以不予考虑。
(3)硬支撑平衡机力学分析
当基础足够稳定时，KX"可设计为硬支撑结构，不考虑惯性力。此时，平衡方程可改写为：
X=mrw^2/K
可见，硬支撑平衡机与车床的质量无关。出厂时可校准一次，无需经常校准。但对基础的要求较高，否则惯性力会产生影响，影响平衡精度。
机床的共振点为：
对于硬支撑平衡机，工件转速应在w0/3以内。
(4)软支撑平衡机力学分析
与惯性力相比，这种平衡机的弹力很小，可以忽略不计，因为支撑弹簧很软。平衡方程为：
MX"=mrw^2
X"=mrw^2/M
X”是加速度，可以使用加速度传感器测量。
由于公式中包含了机床质量M，因此机床需要经常标定，对基础的要求不高。
这种平衡机的工件速度一般控制在2-2.5w0以内。
(5)半硬支撑平衡机力学分析
这种平衡机必须同时考虑惯性力和弹力。其平衡方程为：
MX"+KX=mrw^2
这个方程的计算是比较困难的。从力学关系分析，不平衡量可由下式分离出来。有：
U1=UL+(UL*a/b-UR*c/b)
U2=UR - (UL*a/b-UR*c/b)
显然，当预先选择重量去除时，基于从支撑点测量的不平衡量UL和UR很容易确定重量U1和U2。
半硬支撑平衡机的工件转速接近w0，因此具有较高的灵敏度。其对基础的要求介于硬支撑和软支撑之间。
(6)我厂平衡机型号及曲轴去重
美国引进的平衡机是软支撑型，而新采购的平衡机（日本）是半硬支撑型。由此，我们不难得出这两种机床在使用和维护中应该注意哪些问题的结论。
两种装置的曲轴都有四个关键点：10、130、190和250。
常见的曲轴传动方式有摩擦轮传动、皮带轮传动、端部传动和虎壳传动等。我厂的美式平衡机是端部驱动的。这种驱动方式对联轴器的要求较高，需要经常对联轴器进行补偿和调整。
理论上重量点越少越好，这样可以减少工件的内应力。
2 CNC零件分析
2.1 硬件组成
该系统采用FANUC的POWER MATE-MODEL D系统。硬件部分这里不再详细介绍。详细内容请参阅CNC部分的手册。
2.2 处理程序分析
对比流程后，对程序进行了详细分析，了解了CNC程序流程。详情如下所示：
O0001（工作2.2L）； 2.2L发动机曲轴加工主程序。
#100=-190;快进过程变量分配。
#101=125.4；切削速度变量分配。
#102=530;最大切削深度变量分配。
M98 P1001；转至程序O1001。
M30；程序结束。
O0002（工作2.5升）； 2.5L发动机加工主程序。
#100=-190;快进过程变量分配。
#101=-125.4;切削速度变量分配。
#102=530;最大切削深度变量分配。
M98 P1001；转至程序O1001。
M30；程序结束。
O1001；处理子程序1.
G91 G30 Z0;返回原点。
如果(#1032 EQ 0) 转到30;如果#1 和#2 标头应删除深度变量#1032=0 的重复数据，
前往N30。
M03；主轴启动。
#110=#1032 和4095；取出#1032 的前12 位并发送#110。
如果（#102 LT #110）转到10；如果#102（最大切削深度）小于
#110（应去除重复数据删除深度），转至N10。
如果（102 GE110）转到20；如果#102（最大切削深度）大于
#110（应去除重复数据删除深度），转至N20。
N10#110=#102；将最大切削深度值指定给#110。
N20 #110=-#110;第110章反转了。
#110=#110/10； #110 值/10。
G90 G00 Z #100;快速移动到#100位置（将接触工件）。
M98 P1003；转到程序O1003。
N30 M53；通知PLC处理完成。
G91 G30 Z0;回归原点。
M05;主轴停止。
N40 M99；返回主程序。
O1003;处理子程序2.
M03；主轴启动。 *（不必要）。
如果(#1014 EQ 0) 转到45;如果#1014=0，则转至N45。
M55；通知PLC它将执行失重低八位传输。
#121=#1032 和255；获取重复数据删除深度的低八位并将其分配给#121。
M56；通知PLC将进行一次无权重的高位八位传输。
#122=#1032 和255；取出重复数据删除深度的高八位并将它们分配给#122。
M54；通知PLC数据传输完成。
#124=#122256；去掉重量的高八位后加上八个零，赋给#124。
#123=#121+#124；将所有不带权重的16 位数字组合起来，并将它们分配给#123。
#123=#123/10；一口气达到#123/10 重量。
#123=-#123；#123 被否定。
#125=#123+5.0；设置中速移动的终点坐标，赋给#125。
G90 G01 Z #125 F1500;以中速移动至#125 位置。
G90 G01 Z#123 F#101；工作进展（慢速）以消除所有多余的重量。
转到55；前往N55。
N45 G90 G00 Z#100;快速移动到与工件接触的位置。
如果(#1015 EQ 1) 转到50; if #1015（接触工件，即开门信号）
=1（真），然后转到N50。 （#1015 是由NC 的#1 头开口标志注册的
2号器件5006和开门标志寄存器5306自动分配）。
G91 G31 Z-10.0 F#101；如果尚未接触工件，请缓慢进给并测试接触情况。
工件位置。联系后，跳转到下一步。
#500=#5061 + 0.0;将开门的实际位置坐标值#5061 分配给#500。
#502=#100+(-10.0);将点的坐标分配快进10 mm 到#100
将#502 作为刀具检测点的坐标。
如果(#502 LT #500) 转到50；如果#502小于实际开门坐标#500，
钻头没有折断，程序转到N50。
M50；否则为刀攻击，报警PLC。
G91 G30 Z0;动力头返回原点。
M05;主轴停止。
M99；返回主程序。
N50 G90 G01 Z#500 F#101;如果没有切刀，继续进给到#500位置。
N55#504=#110+0.0；重复数据删除深度#110加上校正值应分配给#504。
#112=#504； #504 分配给#112。
#113=-99.9;设置步进进给变量#113=-99.9。该值不是实际值
使用该值，实际值应在调试时确定。
#114=0.0;设定后退量变量#114=0。该值并未实际使用
值，实际值应在调试时确定。
以上两步是利用动力头的两进一退的方法来去除切屑。
#115=#113+0.5；步进进给加上修正量被分配给#115。
#116=#114+0.5；将后退量加上校正量分配给#116。
N60 IF(#112 GE #113) 转到70;如果剩余去除重量大于步进进给量，
说明即将钻到底，转向N70。
G91 G01 Z#113 F#101；按步进进给量进行切削。
G04 P1；停留1秒。
G91 G00 Z#114；根据后退步数快速倒退。
G04 P1；停留1秒。
G91 G00 Z#116；然后后退0.5mm，即后退到#116位置。
G04 P1；停留1秒。
#112=#112-#115；计算剩余重量并分配#112。
转到60；返回N60并继续切割。
N70 G91 G01 Z#112 F#101；切断最后剩余的重量。
G04 P1；停留1秒。
#510=#5021；终点坐标#5021将发送#510。
M57；通知PLC将#510值发送到数据存储器。
N80 M99；返回主程序。
上述所有变量都是带符号的数字。动力头前进时坐标变化为负，后退时坐标变化为正。所有比较命令都必须牢记这一点，否则会得出错误的结论。
3、不平衡量测量原理
3.1 传感器原理及检测
传感器依靠铁芯振动在线圈中产生的电压波动来测量不平衡度。
传感器正常使用时阻抗值在3.8-6.8KW之间，对地绝缘在10MW以上。如果超过这个范围，可能会损坏。
3.2 平衡器硬件结构
CAB150的硬件部分有11块主控板。从背面看，1-4板为平衡机控制板，5-8板为减重机控制板，9-11板为主机控制板。
以上十一块板不包含电源部分。
3.3 操作与校准
平衡机的校准是必要的，通常是在工厂首次进行。
值得一提的是，平衡机校准一次后，就不需要长期校准。这是半刚性支撑平衡机的特点。
4 应用设备原理分析指导实践
对曲轴平衡机这一专用设备的正确认识，可以用来指导实践，显然可以使我们在设备的使用、维护和工艺方法上达到一个相当的水平。
最典型的例子是，当测量系统遇到外界干扰时，偶尔会出现重量过大，导致钻头钻穿曲轴的情况。这样，即使对曲轴进行填充焊接，也无法修复。
我们采用了增加钻滑板位置检测的方法。触发特定位置开关后，通过CNC接口信号控制CNC程序终止钻孔并自动退出。同时，系统发出警报。
此外，对于设备维护、外部不确定扰动的控制、周期校准等也有明确的方向指导。