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電機轉(zhuǎn)子動平衡半自動去重系統(tǒng)的研制
摘要：介紹了一種對電動工具用的小型電機轉(zhuǎn)子進行動平衡的半自動去重系統(tǒng)。該系統(tǒng)由動平衡測試機、去重機床、PC機、單片機、多功能采集卡及其它電路組成。重點闡述了去重機中、硬件的設(shè)計過程。關(guān)鍵詞：動平衡 電機轉(zhuǎn)子 單片機
普通電動工具用的小型電機轉(zhuǎn)子是通過在硅鋼片上繞漆包線做成的，硅鋼片、風葉和換向環(huán)等均通過沖壓機裝配而成。當電機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生很大的振動，不令帶來較大的噪聲，而且會減短電動工具本身的壽命，因此必須進行動平衡校正。動平衡校正設(shè)備可分為三大類：全自動一體化動平衡校正機、半自動動平衡校正機以及手工校正機。手工校正機采用在動平衡測試機上測量其動不平衡量，然后根據(jù)測試量進行人工鉆或銑削去重的動平衡方法，完成一個轉(zhuǎn)子的動平衡一般常需要重復4～5次的測試和去重，生產(chǎn)效率低下，平衡精度也不高，且轉(zhuǎn)子上的切槽較多。但由于國內(nèi)勞動力相對廉價，資本投入少，目前仍被中小企業(yè)廣泛采納。國外的全自動一體化動平衡校正機雖然平衡精度、生產(chǎn)效率等較高，但價格高、結(jié)構(gòu)復雜、對不同規(guī)格的轉(zhuǎn)子適應性差，因而不大適合中小企業(yè)加工轉(zhuǎn)子的規(guī)格經(jīng)常變換的現(xiàn)狀。半自動動平衡校正機與全自動一體化動平衡校正機的主要區(qū)別在于半自動動平衡校正機在裝夾上需要人的干涉，在效率上不及全自動一體化動平衡校正機高，但其對轉(zhuǎn)子的適應性更強、價格更便宜。在目前國內(nèi)人力成本比較低的情況下，采用半自動動平衡校正機應該更加適合中小企業(yè)。本文介紹的電機轉(zhuǎn)子動平衡去重機即為半自動的，具有操作方便、平衡精度高、價格適中、生產(chǎn)效率高的特點，具有廣闊的市場前景。
1 整體設(shè)計
轉(zhuǎn)子動平衡校正一般有配重和去重兩種方法。供電動工具用的電機轉(zhuǎn)子一般均采用去重的方法，其轉(zhuǎn)子的外形如圖1所示。
本文所介紹的轉(zhuǎn)子動平衡去重系統(tǒng)的由動平衡測試機和數(shù)控去重機二工位組成，操作工人主要負責轉(zhuǎn)子的裝卸以及對兩機器的啟停管理。動平衡測試機采用相應精度的市售商品，其輸出量是轉(zhuǎn)子不平衡量在設(shè)定分解面內(nèi)分解后的幅值和相位的電壓值，以及精度、放大倍數(shù)等信號量。控制系統(tǒng)采用上位機和下位機。上位機通過采集卡獲取動平衡測試機上的不平衡量數(shù)據(jù)，然后生成動平衡去重策略。有一定的計算量，同時也需要良好的交互性，因此采用PC機作為上位機。下位機控制去重機的具體運行，與硬件的關(guān)系密切，故采用單片機作為下位機。上位機和下位機兩者之間的通訊通過RS232通訊協(xié)議來實現(xiàn)。該系統(tǒng)的主要工作流程如下：首先用測試機測得待平衡轉(zhuǎn)子的不平衡量，然后PC機通過數(shù)據(jù)采集卡采集不平衡量，按照相應的分解策略生成一個最優(yōu)的去重策略，并轉(zhuǎn)化成單片機可直接操作的代碼，最后把這個代碼通過串口傳送給數(shù)控去重機的控制器，待平衡轉(zhuǎn)子安裝完后即可啟動數(shù)控去重機進行動平衡切削。在此過程中，將另一轉(zhuǎn)子放置在動平衡測試機上，開始測量等待加工。將則加工完的轉(zhuǎn)子卸下后再進行測量，而剛才已測量好的轉(zhuǎn)子剛安裝后即可加工。正常情況下，一個操作工人可管理兩臺機器。
圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理示意圖
2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
硬件設(shè)計包括去重機的設(shè)計和去重機控制器電路的設(shè)計。根據(jù)動平衡的要求，需要確定相位基準信號，這里采用一路紅外線光電傳感器來識別基準信號；為了精確控制切削量以及去重位置，需要定位轉(zhuǎn)子的切削角度、刀具水平的移動量以及刀具切削深度的進給量，這里采用三臺步進電機來分別控制機床水平平臺的水平方向移動、垂直平臺的垂直方向移動和水平平臺上的夾具的移動（其
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