磨床磨砂的平衡原理与系统结构讲解

    振动对轴承沟道磨床的磨削加工精度和稳定性有很大的影响，为了保证磨床的加工性能，厂家在出厂之前对电动机、皮带轮以及轴系都进行了的平衡，而磨床的振动主要和不稳定的振源是砂轮的不平衡引起的，尽管出厂前对其进行了平衡，但由于砂轮本身在加工过程中处在不断变化的过程中，如加工过程中的磨损不均匀，对冷却液的吸附不一致，修正偏差和更换新砂轮时的装配误差及材质等种种因素，都会造成砂轮系统的质量中心偏离其旋转轴线从而引起磨床振动。这种振动将使零件的加工表面出现振纹，对加工精度影响很大。因此，如果能对磨床砂轮系统进行快速的自动平衡，将能够有效地提高轴承零件的加工精度和生产效率。　　

　　一、平衡原理与系统结构　　

　　1．平衡原理砂轮可以看成是由无数微小的质点组成的。这些微小质点在旋转时产生的惯性力构成的惯性力系，可以向质心简化为一个合力F，它是各个微小质点的离心力Fi，矢量的合成，即：　　

　　式中 mi——第i个微小质点的质量，kg　　

　　ri——第i个微小质点到旋转轴线的距离矢量，m　　

　　Fi——第i个微小质点产生的离心惯性力，N　　

　　M——砂轮旋转体的总质量，kg　　

　　rc——砂轮旋转体质心到旋转轴线的距离矢量，m　

　　ω——砂轮旋转的角速度，rad/s　　

　　当砂轮旋转的离心惯性力系是一个平衡的力系时，此时砂轮的惯性中心与旋转轴线一致，即rc =0，所以根据上式合力F为0，即不存在不平衡量，这是一种理想状态。事实上，由于前面提及的原因，实际砂轮总是或多或少地存在着不平衡，其惯性中心都或多或少地偏离其旋转轴线，从而使得rc不等于0。根据上式，合力F不为0，此时令U=Mrc，并将它称作砂轮的不平衡量。用它来表征不平衡量的大小，对于砂轮自动平衡机构多采用砂轮轴前轴承处拾取振动的位移峰值（μm）来衡量平衡精度水平的高低，自动平衡的精度一般可以达到＜1μm，如果设备整体状态良好则动平衡精度可以达到＜0.1μm。（电主轴整体行业概况）　　

　　2．平衡系统结构砂轮自动平衡机构的基本构成如图2所示，测振传感器用于拾取振动信号并将振动信号传入测控单元，光电开关用以获取转速信息，同时也是同步信号，它提供相位基准，将该信号锁相倍频后，控制信号的采集可实现整周期同步采样，可以大幅降低信号的相位误差。测量控制单元完成信号采集、分析处理、结果显示、输出控制等系统的主要功能，同时可以将采集的原始信号通过RS-232上传至上位机进行进一步的处理。　　

　　整机在常态下，平衡头随着主轴同频旋转，当整机进入自动平衡状态时，平衡头根据计算得出的不平衡量的大小和方位，接收测控系统的指令，调整两平衡块的位置，使平衡块所产生的平衡矢量抵消砂轮不平衡量，当振动值小于预置值时平衡过程结束。　

　　二、系统的硬件原理　　

　　压电传感器用于拾取振动信号，由于ADuC812自带8路12位AD，所以压电传感器的输出信号经过电荷放大及电压放大后，可以直接送入812的P1口。采样所获得的数据已经包含了振动信号的幅值、相位及平衡转速信息，通过解算可以得到两平衡块的补偿位置。测控单元据此发出控制命令，通过接口电路并放大之后，控制两平衡块到达补偿位置从而实现快速补偿。同时也可以将数据通过RS-232串行口上传至PC机，由上位机的LabVIEW程序进行进一步的处理和分析。