基于PLC的砂轮动平衡系统研究

摘要

机械振动是工程技术中普遍关心的问题。在磨削加工中，由砂轮不平衡量引起的砂轮主轴系统振动是影响磨削质量的主要原因，为降低振动、提高磨削质量、延长磨床主轴使用寿命，必须对砂轮进行动平衡。
　　目前磨床砂轮动平衡主要采用人工平衡、半自动化平衡以及在线全自动平衡三种方式。但是，人工平衡操作复杂、精度低，导致误差很大;半自动化平衡依赖动平衡仪进行操作，往往一台动平衡仪对多台磨床进行巡检，实时性低;在线动平衡系统的价格非常昂贵且处于国外技术垄断状态，一般只有加工精度要求很高的数控机床，才会配备在线动平衡系统。因此，开发出一种新型的砂轮动平衡测试系统，以其较低成本实现每台磨床的配备，具有十分重要的现实意义。
　　论文提出了一种新型的磨床砂轮动平衡测试方案，从软、硬件两个角度详细阐述了系统的设计。开发成功的动平衡系统平衡效果理想、成本低，便于大规模推广使用。论文的主要研究内容如下:
　　1.提出一种砂轮动平衡测试系统方案。该系统采用主从机结构，主机利用PLC和触摸屏，主要实现人机交互与动平衡过程监控;从机由单片机完成数据采集与不平衡量识别。通过基于RS-485标准的数据通信接口设计与实现，完成单片机与PLC之间的通讯。
　　2.深入研究了DFT法与互相关分析法在不同条件下识别不平衡振动响应的精度及基于影响系数法的砂轮动平衡原理，确定了适合砂轮质量校正的方法。
　　3.提出了从机单片机设计方案，重点阐述振动信号放大、滤波、直流偏置及转速整形等信号预处理电路的设计，并完成了完整动平衡测试所需要的单片机软件编制。
　　4.在砂轮动平衡实验台上对开发成功的动平衡系统进行了性能测试，实验发现系统不平衡响应识别精度高，不平衡振幅波动0.03mm/s以内，相位波动6°以内;平衡效果理想，一次动平衡振动下降率达为91.5％～95％。实验结果表明本文研制的砂轮动平衡系统能够满足工程实际需要。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 动平衡概述

1．1．1 转子动平衡理论的研究现状

1．1．2 转子动平衡技术的研究现状

1．2 砂轮动平衡概述

1．2．1 人工平衡

1．2．2 半自动平衡装置

1．2．3 自动平衡装置

1．3 课题背景及内容

1．3．1 课题背景及意义

1．3．2 研究目标及内容

2 砂轮动平衡方法

2．1 刚性转子现场动平衡方法

2．1．1 单平面影响系数法

2．1．2 双平面影响系数法

2．2 转子不平衡量的提取

2．2．1 DFT运算

2．2．2 互相关运算

2．2．3 仿真分析

2．3 砂轮平衡校正方法

2．4 本章小结

3 动平衡系统的硬件设计

3．1 总体概述

3．2 PLC主机模块

3．2．1 PLC简介

3．2．2 触摸屏

3．3 通讯接口模块

3．3．1 FX通讯扩展板

3．3．2 MAX485简介

3．3．3 通讯接口电路

3．4 单片机模块

3．5 转速传感器

3．6 振动传感器

3．7 电源模块

3．8 预处理电路

3．8．1 基准整形电珞

3．8．2 测量放大电'珞

3．8．3 低通滤波电路

3．8．4 直流偏置电路

3．8．5 预处理电路结果

3．9 本章小结

4 动平衡系统的软件设计

4．1 系统软件结构

4．2 PLC的程序设计

4．2．1 无协议通信

4．2．2 通信程序

4．2．3 校验程序

4．3 触摸屏程序设计

4．3．1 主界面设计

4．3．2 波形显示子界面

4．3．3 配重块指示子界面

4．4 单片机程序设计

4．4．1 通信程序

4．4．2 数据采集程序

4．4．3 数据读写程序

4．4．4 互相关程序

4．4．5 频谱分析程序

4．4．6 不平衡量计算程序

4．5 本章小结

5 实验与误差分析

5．1 实验装置

5．2 实验测试

5．2．1 实验操作

5．2．2 实验数据

5．2．3 数据分析

5．3 误差分析

5．3．1 互相关误差

5．3．2 采样误差

5．3．3 硬件测量误差

5．3．4 配重误差

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 课题总结

6．2 研究展望

参考文献

附录A：攻读硕士学位期间的成果