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1、日本平衡机原理解析及维修提要设备维修档案系列资料为了提高大家对日本曲轴平衡机的了解，促进维修能力的提高， 特对日本曲轴平衡机进行原理分析及维修方法介绍。相关资料部分来 自厂家培训记录。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1.什么是不平衡量以一个均匀转于为例，如图一：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 表示该转于不平衡.其不平衡量可用下式表示：U = mXr,单位：g.cm真正的转于不平衡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，同样的
2、U值，M越大，表示不 平衡程度越小；M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.2.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：(1) .静不平衡惯性轴线与几何支撑轴线平行.如图二：m mM /OO ,图二：静不平衡示意图(2) .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图三：偶不平衡示意图(3) .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.O图四：准静不平衡示意图(4) .动不平衡惯性轴线与几何支撑轴线不相交，亦不平
3、行.如图五.MO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，：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 平衡机测量的基木力学关系如下图，为一台平衡机的测量系统局部结构示意图。传感器f水平f垂直离心力f/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=mrw 2水平方向的离心力分量：f 水平=mrw2 cosa垂直方向的离心力分量：f垂直=mr2sina支撑弹簧
4、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=mrw 2其中，M：转于质量。X：支撑体变形量。m：不平衡质量。r：不平衡半径。m转于角速度。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，平衡方程可改写为：X=mrm 2/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
5、性力将产生影响，影响平衡 精度。机床的共振点为：m 0=寸对硬支撑平衡机，工件转速应在m0/3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 =mrm2X u =mrm 2/MX”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M，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2-2.5 m0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，又要考虑弹性力。其平衡方程为：MX ” +KX=mrw 2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
6、：abcLR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30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(日木)属于半硬 支撑型。由此，我们不难得出两台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
7、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1 .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。2 .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 ；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；
8、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 AND 4095 ；取#1032 的前 12 位送#110。IF（#102 LT #110） GOTO 10；如果#102
9、（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 01003 程序。N30 M53 ；通知PLC加工结束。G91 G30 Z0 ；返回原点。M05；主轴停止。N40 M99 ；返回主程序。O1003 ；加工
10、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= #122 X256；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位合并，赋给#123。#123= #123/10 ； 一次去重
11、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N50O（#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自动赋值）。G91 G31 Z-1
12、0.0 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，则继续进给到#500
13、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。N
15、80 M99 ；返回主程序。*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CAB7501. 硬件结构CAB150的硬件部分共有十一块主要控制板卡。从后而看，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。其基木框图如下：电源 230V/115V及键盘Y nix2x ASIV70C xxj aviv700X91x92x93x94振动信号X3 X4备用电池板X4 信号输入X3X1X2X7BVKV002CRT 接口CRT 接口EPROMBSKAREV7
16、0AICV700V001xX2X1X7BCPV001BCPV001x1信号运算I II X2 0xX1X7 RAMBPBV001X2信号运算BAMV001信号处理x打印机接口X2角度基准开关平衡机I/O接口去重机I/O接口xiXxixixiBEAV017均为I/O接口BEAV017 BEAV017xJ xJ x xB,C D,E B,C D,EBEAV017 BEAV017 BEAV017x4 x4 x4 x xJ x4B,C D,E B,C D,E B,C D,E出16点入16点出16点入16点图八：CAB750方框图出16点入16点 出16点入16点 出16点入16点2. 传感器原理及检测
17、传感器的结构如下:振动方向图九：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3.8-6.8KQ之间，对地绝缘为10M Q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，木平衡机标定一次后，在才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。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.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S
18、TA2STA1STA5C/OB/M去重机平衡机输送料道图十：机床工位分布示意图备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DM101DM102DM110DM111DM100STA3从料道取件工件进入平衡机平衡机测量完11STA4拿取工件11工件放进去重机11去重机去重完111STA3拿取工件工件放回平衡机111复检完成22STA4拿取工件
19、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 、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 DM11DM21130DM12DM22190 DM13DM23250 DM14DM243.报警号报警号英 文 说 明中文说明1B/M WORK NG平衡机测量
20、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 COUNTFAULT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 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 LO
21、W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输送机过扭矩开关动作33LOADERARMOVERLOADl(THERMAL)上料臂电机热元件跳34LOADER ARM OVERLOAD2上料臂过扭矩开关动作35UNLOADERARMOVERLOAD1(THERMAL)下料臂电机热元件跳36UNLOAD ARM OVERLOAD2下料臂过扭矩开
22、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 OVER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/TOVER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上料夹爪夹紧超时4
23、7LODER ARM UNCHUCK C/TOVER上料夹爪松开超时48UNLODER ARM LOWER C/TOVER下料臂落下动作超时49UNLODER ARM RAISE C/TOVER下料臂抬起动作超时50UNLODER ARM CHUCK C/TOVER下料夹爪夹紧超时51UNLODER ARM UNCHUCK C/TOVER下料夹爪松开超时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 A
24、RM CHUCK LSFAULT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平衡机松开动作超时75B/MLOW ROTATE C/TOVER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 D
25、ATE 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 FAULT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/
26、T OVER角向定位向前超时104PHASE RET. C/T OVER角向定位返回超时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夹盘夹爪夹紧超时108PHASE UNCLAMP C/T OVER夹盘夹爪松开超时109WORK CHUCK C/T OVER夹盘锁销锁紧超时110WORK UNCHUCK C/T OVER夹盘锁销松开超时111WORK CLAMP C/T OVER工件压板压紧超时112WORK UNCLAMP C/T OVER工件压板松开超时113LOCAT
27、E PIN ADV.C/T OVER定位销向前超时114LOCATE PIN RET. C/T OVER定位销返回超时115INDEX ADV.C/T OVER分度向前超时116INDEX RET. C/T OVER分度返回超时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分度开关故障机动科：陈刚2002年2月
