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1、日本平衡机技术培训纪要 设备维修档案系列资料九八年一月,日本动平衡机调试时,外商对我方人员进行了技术培训.现把培训内容简要总结如下,谨供电气维修时参考.下述内容根据实际需要,照培训时有所补充,而涉及到的机械和工艺上较深的专业问题又有所删节. 一.关于曲轴动平衡的基本原理 简要地了解动平衡理论有助于我们对维修的正确判断. (一)平衡理论 什么是不平衡量 以一个均匀转子为例，如图一： O O M M 图一。均匀转子的几何支撑轴线OO与惯性轴线和MM 正常情况下，其惯性主轴线应与支撑主轴线重合，如不重合，则表示该转子不平衡其不平衡量可用下式表示： mr,单位：g.cm真正的转子不平衡程度不仅与不平衡
2、质量和不平衡半径有关，而且与转子的总质量有直接关系，显然，同样的值，越大，表示不平衡程度越小；越小，则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这个参数能较为准确地表示一个转子的不平衡程度不平衡量的常见分布形式这里主要是指和曲轴不平衡相关的径向不平衡其常见形式有：（）静不平衡惯性轴线与几何支撑轴线平行如图二： m M M O O 图二。静不平衡示意图（）偶不平衡 惯性轴线与几何支撑轴线斜交于几何轴线的中心点如图三：M m O O m M 图三。偶不平衡示意图（）准静不平衡惯性轴线与几何支撑轴线斜交，但不过中心点如图四 M m O O M 图四。准静不平衡示意图
3、（）动不平衡惯性轴线与几何支撑轴线不相交，亦不平行如图五 M O O m M m 图五。动不平衡示意图曲轴的不平衡即属于这种类型，由于其不平衡量的分布特点，去重时最少要平衡两点以上3不平衡量的工业标准国标ISO1940规定了不平衡量的工业标准，即： G=EW/1000其中，E：偏心距。微米。 W：转速。弧度/秒。 G取值一般为G0.4-G4000,曲轴在G40-G100之间。（二）动平衡机1平衡机测量的基本力学关系如下图，为一台平衡机的测量系统局部结构示意图。 角速度 m r 离心力f 传感器 f水平 f垂直 图六。一个简单的平衡机测量装置 图中不平衡量m产生的离心力： f=mrw2 水平方向
4、的离心力分量： f水平= mrw2 cos 垂直方向的离心力分量： f垂直=mrw2sin 支撑弹簧变形量： A=f垂直/K，K为弹性系数。 水平力传递给传感器，由传感器测取并产生电压信号，送控制系统。 图中只是示意，具体数量关系要看传感器的类型而定。 2平衡方程 一个系统的平衡方程如下： MX+CX+KX=mrw2 其中，M：转子质量。 X：支撑体变形量。 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，摩擦阻尼。 K：支撑体弹性系数。 阻尼力很小，一般分析时可不予考虑。 3硬支撑平衡机的力学分析 当不考虑惯性力时KX，可以设计为硬支撑结构。这时，平衡 方程
5、可改写为： X=mrw2/K 可见，硬支撑平衡机与床身质量无关，出厂时做一次性标定即可， 无须经常标定。但对地基要求高，否则惯性力将产生影响，影响平衡 精度。 机床的共振点为： w0= K/M 对硬支撑平衡机，工件转速应在w0/3以内。 4软支撑平衡机的力学分析 这种平衡机的弹性力相对于惯性力而言，由于支撑弹簧很软，弹性 力很小，可以忽略。平衡方程为： MX=mrw2 X=mrw2/M X为加速度，可使用加速度传感器测量。由于式中包括机床质量，故机床需要经常标定，对地基要求不高。 这种平衡机的工件转速一般控制在2-2.5w0之内。5半硬支撑平衡机的力学分析这种平衡机既要考虑惯性力，又要考虑弹性
6、力。其平衡方程为： MX+KX=mrw2 这一方程的计算较为困难，从力学关系来进行分析，可以从下面 公式进行不平衡量的分离。即： a b c U1 U2 UL UR 图七。不平衡量的分离 如图，有： U1=UL+(ULa/b-URc/b) U2=UR-(ULa/b-URc/b) 显然，当去重点事先选定后，很容易依据从支撑点测量到的不平 衡量UL和UR确定应去重量U1及U2。 半硬支撑的平衡机，其工件转速在w0附近，因而灵敏度高。它对 地基的要求介于硬支撑和软支撑之间。6 我们厂的平衡机类型及曲轴去重的一些结论老平衡机（美国）属于软支撑型，而新平衡机（日本）属于半硬支撑型。由此，我们不难得出两台
7、机床在使用和保养中应注意哪些问题的结论。 新平衡机和老平衡机一样，曲轴去重点也是10、130、190、 250四个点。 常见的曲轴驱动方式有摩擦轮驱动、皮带轮驱动、端部驱动和虎 壳驱动四种。我厂的美国平衡机为端部驱动，这种驱动方式对联轴节 要求很高，需要经常进行补偿和对联轴节做调整。 去重点理论上越少越好，这样可以减少工件的内应力。 二.数控部分 .硬件构成 该系统使用FANUC公司POWER MATE-MODEL D系统。硬件部 分这里不做详细介绍，细节请查阅数控部分的说明书。 .加工程序机床的加工程序如下：O0001（WORK 2.2L）；2.2L发动机曲轴加工主程序。#100=-190；
8、快进行程变量赋值。#101=125.4；切削速度变量赋值。#102=530；最大切削深度变量赋值。M98 P1001；转到O1001程序。M30；程序结束。O0002(WORK 2.5 L)；2.5L发动机机加工主程序。#100=-190；快进行程变量赋值。#101=-125.4；切削速度变量赋值。#102=530；最大切削深度变量赋值。M98 P1001；转到O1001程序。M30；程序结束。O1001；加工子程序1。G91 G30 Z0；回原点。IF (#1032 EQ 0) GOTO 30；如果#1及#2头应去重深度变量#1032=0，转到N30。M03；主轴起动。#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（应去重深度），转到N10。IF(#102 GE #110) GOTO 20；如果#102（最大切削深度）大于#110（应去重深度），转到N20。N10 #110= #102；把最大切削深度值赋给#110。N20 #110=-#110；#110取反。#110= #110/10；#110值/10。G90 G00 Z #100；快速进给到#100（将接触工件）位置。M98 P1003；转到O1003程序。N30 M53；通知PLC加工结束。G91 G30
10、Z0；返回原点。M05；主轴停止。N40 M99；返回主程序。O1003；加工子程序2。M03；主轴起动。*（没必要）。IF (#1014 EQ 0) GOTO 45；如果#1014=0，转到N45。M55；通知PLC将进行一次去重量的低八位传送。#121= #1032 AND 255；取应去重深度的低八位，赋给#121。M56；通知PLC将进行一次去重量的高八位传送。#122= #1032 AND 255；取应去重深度的高八位，赋给#122。M54；通知PLC数据传送完成。#124= #122256；把去重量高八位后加八个零，赋给#124。#123= #121+ #124；把去重量的全部十六
11、位合并，赋给#123。#123= #123/10；一次去重量#123/10。#123=-#123；#123取反。#125= #123+5.0；设置中速移动的终点坐标，赋给#125。G90 G01 Z #125 F1500；中速移动到#125位置。G90 G01 Z#123 F#101；工进（慢速）去掉全部超重量。GOTO 55；转到N55。N45 G90 G00 Z#100；快速进给到将接触工件位置。IF (#1015 EQ 1) GOTO 50；如果#1015（接触工件，即开门信号）=1（为真），则转到N50。（#1015由NC的#1头开门标志寄存器5006及#2号头的开门标志寄存器5306
12、自动赋值）。G91 G31 Z-10.0 F#101；如尚未接触工件，则慢速进给，试探接触工件位置。接触后，跳到下一步执行。#500= #5061 + 0.0；把开门实际位置坐标值#5061赋给#500。#502= #100+(-10.0)；快进行程#100再向前10 mm所在点的坐标赋给#502，作为打刀检测点坐标。IF (#502 LT #500) GOTO 50；如果#502小于实际开门坐标#500，钻头未断，程序转到N50。M50；否则为打刀，向PLC报警。G91 G30 Z0；动力头退回原点。M05；主轴停。M99；返回主程序。N50 G90 G01 Z#500 F#101；如未打刀
13、，则继续进给到#500位置。N55 #504= #110+0.0；应去重深度#110加修正值，赋给#504。#112= #504；#504赋给#112。#113=-99.9；设步进进给量变量#113=-99.9。这个数值不是实际使用值，实际值要在调试中确定。#114=0.0；设步进后退量变量#114=0。这个数值也不是实际使用值，实际值要在调试中确定。以上两步是采用动力头的进二退一法，以进行倒屑。#115= #113+0.5；步进进给量加修正量赋给#115。#116= #114+0.5；步进后退量加修正量赋给#116。N60 IF(#112 GE #113) GOTO 70；如果剩余去重量大于
14、步进进给量，说明即将钻到头，转到N70。G91 G01 Z#113 F#101；按步进进给量工进切削。G04 P1；停留1秒。G91 G00 Z#114；按步进后退量快退。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；计算剩余去重量，赋#112。GOTO 60；回到N60继续切削。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；终点坐标#5021送#510。M57；通知PLC把#510值送数据存储器。N80 M99；返回主程
15、序。 *说明： 上面的所有变量均为带符号数。坐标的变化为动力头向前为负，后退为正。对所有比较命令的理解要考虑到这点，否则会得出错误的结论。三.关于平衡仪CAB750 1.硬件结构 CAB150的硬件部分共有十一块主要控制板卡。从后面看，1-4块为 平衡机控制用，5-8块为去重机用，9-11块为主计算机。 以上十一块板不包括电源部分。 其基本框图如下： 电源230V/115V x91x92x93x94 显示器 x2 x3 ASIV700 x1x2 AVIV700 CRT接口 CRT接口 x1 EPROM 及键盘 x3 X1X7 RAM x3 X2 BPBV001 BSK AREV700 AICV
16、700 V001 X2 打印机接口 振动信号X3 X4 备用电池板 x1 x1 X4 信号输入 X2 X2 X3 X1X2 X1X7 X7 BVKV002 BAMV001 BCPV001 BCPV001 信号处理 x1 信号运算 x1 信号运算角度基准开关 平衡机I/O接口 去重机I/O接口 x1 x1 x1 x1 x1 BEAV017 BEAV017 BEAV017 BEAV017 BEAV017 BEAV017 均为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点 入16点 出1
17、6点 入16点 出16点 入16点 出16点 入16点 出16点 入16点 图八。CAB750方框图 2.传感器原理及检测 传感器的结构如下： 振动方向 5 1 4 图九。传感器原理示意图 显然，它是靠铁心振动在线圈中产生的电压波动来测得不平衡量的。 该传感器正常使用时，阻抗值在3.8-6.8KW 之间，对地绝缘为10M W以上。如超出这个范围，则可能已经损坏。 3.操作与标定 这一部分内容较多，请参照CAB750说明书操作部分。 值得一提的是，本平衡机标定一次后，在相当长的一段时间内可以 不做标定。这是半硬支撑平衡机的特点。 四.机床控制提要1. 关于PLC控制该机床使用C200H PLC。
18、PLC与测量及去重过程有重要关联，2中给出了部分这种联系。 2.平衡机的控制结构 (1).工位划分 下图给出了该机床的工位划分方法。 STA4 下料手 STA3上料手 STA2 STA1 STA5 C/O B/M 去重机 平衡机 输送料道 图十。机床工位分布示意图 各工位的工作状态均记载在PLC的DM数据寄存器中，(2)中对此 一一进行说明。(2) .加工过程与PLC状态标志 五个工位的状态分别用五个DM寄存器表示。这五个寄存器的状态又可以在操作台上的LED显示器上查询。具体内容切换点见下表： STA1平衡机 STA2去重机 STA3上料手 STA4下料手 STA5料道 DM101 DM102
19、 DM110 DM111 DM100STA3从料道取件工件进入平衡机 1 平衡机测量完 11 STA4拿取工件 11 工件放进去重机 11 去重机去重完 111 STA3拿取工件 工件放回平衡机 111复检完成 22 STA4拿取工件 工件放回去重机 22 二次去重完 222STA3拿取工件 放回平衡机复检 222复检完成 33STA4拿取工件 送到下料道 以上步骤中，如果一次去重即合格，则DM101直接置成33，机械手 开始下料。(3) .不平衡量的PLC存储切削工件时，当钻头接触工件，由一个浮动机构触发一个SKIP 开关。这个开关信号送CNC，作为去重起点。 不平衡量在10、130、190
20、、250四个去重角度上的 分解向量，分别存储在下面八个寄存器中。其单位是mm。 1面 2面 10 DM11 DM21 130 DM12 DM22 190 DM13 DM23 250 DM14 DM24 3.报警号报警号 英 文 说 明 中 文 说 明1B/M WORK NG平衡机测量工件超重2VS10B BATT. FAULTVS10B电池故障3NC. BATT. FAULTNC电池故障4PC.BATT. FAULTPC电池故障5COUNTER COUNT FAULT计数器计数故障6WORK FAULT工件旋转故障10NFB. TRIP空开跳闸11PC FAULTPC故障12HYD. PUMP
21、 OVERLOAD液压泵过载13HYD. PRESSURE OVERLOAD液压压力过高14HYD. THEMO FAULT液压油过热15COOLANT FAULT冷却故障16AIR FAULT压缩空气故障17LUB. PUMP OVERLOAD润滑泵过载18LUB. LELEL LOW润滑油位低19LUB. P.S. OFF FAULT润滑压力开关断故障20LUB. P.S. ON FAULT润滑压力开关通故障21COUNTER FAULT计数器故障30VS10B FAULTVS10B故障31T/F OVERLOAD1(THERMAL)输送机热元件跳32T/F OVERLOAD2输送机过扭矩
22、开关动作33LOADER ARM OVERLOAD1(THERMAL)上料臂电机热元件跳34LOADER ARM OVERLOAD2上料臂过扭矩开关动作35UNLOADER ARM OVERLOAD1(THERMAL)下料臂电机热元件跳36UNLOAD ARM OVERLOAD2下料臂过扭矩开关动作37L/O LUB. LEVEL LOW机械手润滑油位低38L/O LUB. P.S. ON FAULT机械手润滑压力开关通故障39L/O LUB. P.S. OFF FAULT 机械手润滑压力开关断故障40L/O LUB. PUMP OVERLOAD机械手润滑泵过载42T/F ADV. C/T O
23、VER 输送机向前动作超时43T/F RET. C/T OVER输送机返回动作超时44LODER ARM LOWER. C/T OVER上料臂落下动作超时45LODER ARM RAISE. C/T OVER上料臂抬起动作超时46LODER ARM CHUCK C/T OVER 上料夹爪夹紧动作超时47LODER ARM UNCHUCK C/T OVER上料夹爪松开动作超时48UNLODER ARM LOWER C/T OVER下料臂落下动作超时49UNLODER ARM RAISE C/T OVER下料臂抬起动作超时50UNLODER ARM CHUCK C/T OVER下料夹爪夹紧动作超时
24、51UNLODER ARM UNCHUCK C/T OVER下料夹爪松开动作超时52T/F LS FAULT 输送机开关故障53LODER ARM LS FAULT上料臂开关故障54LODER ARM CHUCK LS FAULT上料夹爪开关故障55UNLODER ARM LS FAULT下料臂开关故障56UNLODER ARM CHUCK LS FAULT下料夹爪开关故障70B/M INV.FAULT平衡机变频器故障71BLANCER FAULT平衡故障72B/M C/T OVER平衡超时73B/M CLAMP C/T OVER平衡机夹紧动作超时74B/M UNCLAMP C/T OVER平
25、衡机松开动作超时75B/M LOW ROTATE C/T OVER平衡机慢速旋转超时76MARKING ADV. C/T OVER打印向前动作超时77MARKING RET. C/T OVER打印返回动作超时78B/M CLAMP LS FAULT平衡机夹紧开关故障79MARKING LS FAULT打印开关故障90SHIFT DATE C/T OVER数据传送超时91READ DATE C/T OVER读数据超时92NC1 FAULTNC1故障93NC2 FAULTNC2故障94SPINDLE1 OVERLOADE主轴1过载95SPINDLE2 OVERLOADE主轴2过载96TOOL1 F
26、AULT刀具1故障97TOOL2 FAULT刀具2故障98TOOL TOUCH1 FAULT刀具1接触故障99TOOL TOUCH2 FAULT刀具2接触故障100Z1 UNIT C/T OVERZ1钻削超时101Z2 UNIT C/T OVERZ2钻削超时102C/O C/T OVER去重机动作超时103PHASE ADV C/T OVER角向定位向前动作超时104PHASE RET. C/T OVER角向定位返回动作超时105SHIFT ADV. C/T OVER夹盘向前动作超时106SHIFT RET. C/T OVER夹盘返回动作超时107PHASE CLAMP C/T OVER夹盘夹
27、爪夹紧动作超时108PHASE UNCLAMP C/T OVER夹盘夹爪松开动作超时109WORK CHUCK C/T OVER夹盘锁销锁紧动作超时110WORK UNCHUCK C/T OVER夹盘锁销松开动作超时111WORK CLAMP C/T OVER工件压板压紧动作超时112WORK UNCLAMP C/T OVER工件压板松开动作超时113LOCATE PIN ADV.C/T OVER定位销向前动作超时114LOCATE PIN RET. C/T OVER定位销返回动作超时115INDEX ADV.C/T OVER分度向前动作超时116INDEX RET. C/T OVER分度返回动作超时117PHASE LS FAULT角向定位开关故障118SHIFT LS FAULT夹盘向前开关故障119PHASE CLAMP LS FAULT夹盘夹紧开关故障120WORK CHUCK LS FAULT夹盘锁销开关故障121WORK CLAMP LS FAULT工件压板开关故障122LOCATE PIN LS FAULT定位销开关故障123INDEX LS FAULT分度开关故障 站长： 1998.3
