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。