摘 要
磨床砂轮的不平衡量是影响磨削精度的主要因素之一，随着对磨床磨削精度的要求越来越高，解决砂轮的不平衡问题也日显迫切。
在磨床上，砂轮在围绕其轴线旋转时，可能由于质量分布不均而产生不平衡离心力。这种不平衡离心力作用在轴承上会引起振动，这种振动会产生噪声和加速轴承磨损，从而影响工件的磨削质量和严重影响磨床的使用寿命。随着当前精密数控加工技术的发展，日益要求解决砂轮加工生产过程中严重影响其加工精度的动平衡问题。本文在广泛了解和借鉴国内外先进技术的基础上，介绍了一种砂轮动平衡自动控制系统的硬件、软件设计，该系统以‘AT89C51’为核心，通过检测砂轮旋转时不平衡量引起的振动信号并进行数据处理，确定出不平衡量的大小，然后控制跟随砂轮高速旋转的平衡头内的双永磁直流电机以对不平衡量进行平衡补偿。
在控制方面，本文采用PID算法，调节时间短，控制简单而又不增加系统的最大超调，系统运行稳定。本设计方案具有硬件电路简单，采样精度高，跟踪速度快的优点，显著降低了砂轮不平衡引起的振动，取得了良好的效果。
关键词： 单片机 动平衡 信号处理
The emerge wheel moving-equilibrium measures apparatus of arithmetic investigation and realization
Abstract
The grinder grinding wheel the equilibrium amount affects one of grinding precision primary factors, along with is getting higher and higher to the grinder grinding precision's request, solves grinding wheel's not balanced question date obviously to be also urgent.
On grinder, grinding wheel when revolves its spool thread revolves, possible as a result of the quality distribution uneven to have not the balanced centrifugal force. This kind of not balanced centrifugal action of force will cause the vibration on the bearing, this kind of vibration can have the noise and the acceleration bearing wears, thus influence work piece grinding quality and serious influence grinder's service life. Along with the current precise numerical control process technology's development, requests in day by day the solution grinding wheel processing production process the serious influence its working accuracy transient equilibrium question. This article widely is understanding and profits from the domestic and foreign vanguard technologies in the foundation, introduced the vibration signal which one kind of grinding wheel transient equilibrium automatic control system's hardware, the software design, this system by the `AT89C51' core, through examines the grinding wheel to revolve when the equilibrium amount does not cause and carries on the data processing, determined the equilibrium amount size, then the control followed grinding wheel high speed revolving balanced in double permanent magnetism direct current machine by does not carry on the balanced compensation to the equilibrium amount.
In the control aspect, this article uses the PID algorithm, the control time is short, the control simple and does not increase system's biggest over modulation, the systems operation is stable. This design proposal has the hardware circuit to be simple, the sampling precision is high, the track speed quick merit, obviously reduced the vibration which the grinding wheel is not balanced causes, has made the good progress.
Keywords M.C.U Transient Equilibrium Signal Processing
目 录
摘要... I
Abstract. II
第一章 绪论... 1
1.1 论文选题的来源及意义... 1
1.2 论文选题在该领域国内外研究现状... 2
1.3 课题相关知识... 4
1.4 论文选题的研究内容、实施方案... 5
第二章 方案论证... 6
2.1 控制对象简介... 6
2.2 系统方案设计... 6
2.2.1 砂轮平衡技术的选择... 6
2.2.2 本系统方案主要思想... 8
2.2.3 本系统的工作原理... 8
2.2.4 本系统的结构... 9
2.3 砂轮动平衡过程和程序控制... 9
2.4 本章小结... 11
第三章 硬件设计... 12
3.1 单片机的设计... 12
3.2 传感器单元... 14
3.3 模拟信号的处理电路... 17
3.3.1 信号的放大... 17
3.3.2 滤波电路... 18
3.3.3 A/D转换器的选择... 20
3.3.4 脉冲整形电路... 22
3.4 驱动电路和电机... 23
3.5 外围扩展电路... 24
3.5.1 译码器的选择... 24
3.5.2 显示电路... 25
3.5.3 报警电路... 27
3.6 本章小结... 28
第四章 PID的控制算法... 29
4.1 PID控制规律及其基本作用.... 29
4.2 控制算法的实现... 30
第五章 系统软件实现... 33
5.1 系统软件设计原则... 33
5.2 一些编程技巧... 34
5.3 软件抗干扰措施... 35
第六章 总结... 36
致谢... 37
参考文献... 38
附录A.. 40
附录B.. 41
附录C.. 51
第一章 绪 论
1.1 论文选题的来源及意义
旋转机械是现代工业生产中的一类重要设备，转子作为其工作的主要动力。
无论是汽轮发电机组轴系，还是风机、泵、压缩机等都以转子系统作为工作的主体，旋转任何转子在围绕其轴线旋转时，都可能由于转子质量分布不均匀而产生离心力。这种不平衡离心力作用在转子轴承上会引起振动，这种振动会产生噪声和加速轴承磨损，从而影响转子系统运行的平稳性决定机器运转时的可靠性。但机器运转时不产生振动是绝无仅有的，且不说制造安装工艺及环境条件等因素会引起转子系统不平衡振动，即使以上各方面都很理想，在一定条件下正确安装高精度的转子系统也会因运行过程中磨损及负载冲击而产生较大的振动，振动过大导致危害极多，由其失效引发的事故不仅影响正常生产，造成经济损失，而且会危及人身，导致重大安全事故：①直接造成机组事故，例如，汽轮机组高压端振动过大，可能引起危急保安器动作而停机；②损害机组零件，如造成轴瓦和轴承座的紧固螺钉、联接管道、传动机构部件等的损害。当轴承合金因振动过大造成破裂时，事故将更为扩大；③造成机组动静部分磨擦或咬合，导致机组发生严重损坏而被迫停机；④过大的振动将使各个部件之间的联接发生松动，削弱轴承座、基础台板和基础之间联接的刚性，甚至使基础松裂、建筑物共振，造成严重事故；⑤过大的危害和噪音会损害工作人员的健康[1]。由此可见，随着对产品质量的要求和安全生产的要求越来越高，机械产品的动平衡问题也愈来愈显得突出，对这方面问题的研究也显得十分的紧迫。
在我国机械行业中，目前对解决一些产品的部件、零件的平衡问题已日显迫切，有些工厂已成立了专门部门来解决这方面的问题。中德合资上海大众汽车有限公司为了解决发动机曲轴的不平衡问题，设立了一个专门车间，引进目前在国际上最先进的设备来消除曲轴的不平衡量，这套设备光从外表上看就已显得十分庞大，由于是全自动测试，设备内部复杂，价格昂贵，单是为了解决一个零件的不平衡问题就要花如此巨大的人力、物力[5]，可见，国外对这方面的重视。目前国内也有了为解决某一机器动平衡问题而制造专用产品的工厂，浙江省上虞风机厂把上海交通大学673所对煤矿矿井通风机传动轴动平衡的研究成果转化为产品，创造了巨大的经济效益和社会效益。
本论题主要研究砂轮动平衡测控仪的算法及如何实现。砂轮的平衡对高精度磨床的磨削有重要的意义。砂轮仅由人工进行安装前的传统静平衡试验，其初始平衡精度就比较差，再加上磨削过程中砂轮表面微孔对冷却液的吸附，以及砂轮磨损和休整所增添的附加不平衡，所以影响磨削质量。特别是因砂轮不平衡造成的径向跳动在磨削零件的表面会留下较大的振痕[10]。因此在精密磨削和超精密磨削过程中砂轮在线动平衡就成为一项不可缺少的关键技术。
本论文结合当前计算机硬件技术和传感器技术的发展，通过对转子的不平衡量进行校正，改善转子相对于轴线的质量分布，使转子旋转时产生的振动或作用于轴承上的振动力减小到允许的范围之内（转子的平衡包括不平衡量的测量和校正），从而为改善和解决不平衡振动等问题提供理论和有效依据。
