基于PLC的砂轮动平衡系统研究

发布时间：2017-07-27 11:39

  本文关键词：基于PLC的砂轮动平衡系统研究

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【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91.50%～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。
【关键词】：磨床 动平衡 单片机 PLC
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG580.2;TP273
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 1 绪论12-21
• 1.1 动平衡概述12-15
• 1.1.1 转子动平衡理论的研究现状12-13
• 1.1.2 转子动平衡技术的研究现状13-15
• 1.2 砂轮动平衡概述15-19
• 1.2.1 人工平衡15-16
• 1.2.2 半自动平衡装置16
• 1.2.3 自动平衡装置16-19
• 1.3 课题背景及内容19-21
• 1.3.1 课题背景及意义19
• 1.3.2 研究目标及内容19-21
• 2 砂轮动平衡方法21-29
• 2.1 刚性转子现场动平衡方法21-23
• 2.1.1 单平面影响系数法21-22
• 2.1.2 双平面影响系数法22-23
• 2.2 转子不平衡量的提取23-27
• 2.2.1 DFT运算23-24
• 2.2.2 相关运算24-25
• 2.2.3 仿真分析25-27
• 2.3 砂轮平衡校正方法27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 3 动平衡系统的硬件设计29-41
• 3.1 总体概述29
• 3.2 PLC主机模块29-30
• 3.2.1 PLC简介29-30
• 3.2.2 触摸屏30
• 3.3 通讯接口模块30-32
• 3.3.1 FX通讯扩展板30-31
• 3.3.2 MAX485简介31-32
• 3.3.3 通讯接口电路32
• 3.4 单片机模块32-34
• 3.5 转速传感器34
• 3.6 振动传感器34-35
• 3.7 电源模块35
• 3.8 预处理电路35-40
• 3.8.1 基准整形电路36-37
• 3.8.2 测量放大电路37-38
• 3.8.3 低通滤波电路38-39
• 3.8.4 直流偏置电路39
• 3.8.5 预处理电路结果39-40
• 3.9 本章小结40-41
• 4 动平衡系统的软件设计41-55
• 4.1 系统软件结构41-42
• 4.2 PLC的程序设计42-46
• 4.2.1 无协议通信42-43
• 4.2.2 通信程序43-45
• 4.2.3 校验程序45-46
• 4.3 触摸屏程序设计46-48
• 4.3.1 主界面设计47
• 4.3.2 波形显示子界面47-48
• 4.3.3 配重块指示子界面48
• 4.4 单片机程序设计48-54
• 4.4.1 通信程序49-51
• 4.4.2 数据采集程序51-52
• 4.4.3 数据读写程序52
• 4.4.4 相关程序52-53
• 4.4.5 频谱分析程序53-54
• 4.4.6 不平衡量计算程序54
• 4.5 本章小结54-55
• 5 实验与误差分析55-64
• 5.1 实验装置55-56
• 5.2 实验测试56-61
• 5.2.1 实验操作56-57
• 5.2.2 实验数据57-60
• 5.2.3 数据分析60-61
• 5.3 误差分析61-63
• 5.3.1 互相关误差61-62
• 5.3.2 采样误差62
• 5.3.3 硬件测量误差62-63
• 5.3.4 配重误差63
• 5.4 本章小结63-64
• 6 总结与展望64-66
• 6.1 课题总结64
• 6.2 研究展望64-66
• 参考文献66-69
• 附录A：攻读硕士学位期间的成果69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 陈金平;王生泽;吴文英;;基于LabVIEW的串口通信数据校验和的实现方法[J];自动化仪表;2008年03期

2 顾超华;曾胜;罗迪威;张加庆;;一种机械式在线平衡头的设计与实验研究[J];振动与冲击;2014年12期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 葛哲学;刚性转子自动平衡系统研究[D];国防科学技术大学;2002年

2 肖敏;幅值和相位的精确测量及转子动平衡方法研究[D];汕头大学;2004年

3 孙延添;刚性转子现场动平衡理论分析及实验研究[D];清华大学;2005年

4 康成良;四工位全自动平衡机的设计、研究与实现[D];浙江大学;2008年

5 钟越波;测幅整机动平衡方法及仪器研究[D];浙江大学;2010年

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本文编号：581273