【正文】 床的主軸端部，它隨主軸轉(zhuǎn)動，平衡頭內(nèi)有2個質(zhì)量補償重塊，分別由2個永磁直流電機通過蝸輪蝸桿及精密齒輪系驅(qū)動。為了使振動傳感器監(jiān)測到直接影響磨削質(zhì)量的砂輪的徑向振動。振動傳感器測得信號輸入控制微機后，微機發(fā)出信號從而控制平衡頭達到在線平衡的設(shè)定目標。先天的不平衡無法避免，再加上后天的不平衡，使磨床砂輪的旋轉(zhuǎn)始終處于不平衡的狀態(tài)之中。 總之，想要讓砂輪磨削出準確的尺寸和光潔的表面，必須防止磨削過程中的振動。這種附加的不平衡也不能用靜平衡方法消除。而且這種偶不平衡不可能用靜平衡的方法消除。砂輪的偶不平衡砂輪制造中除了靜不平衡外，還存在著偶不平衡。為此，必須對轉(zhuǎn)子進行平衡，使其達到允許的平衡精度等級，或使因此產(chǎn)生的砂輪機械振動幅度降在允許的范圍內(nèi)。在理想的情況下回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時與不旋轉(zhuǎn)時，對軸承產(chǎn)生的壓力是一樣的，這樣的回轉(zhuǎn)體是平衡的回轉(zhuǎn)體?！—ァ　∧ゴ采拜喸谠诰€動平衡校正的應(yīng)用為現(xiàn)代研磨工藝不可或缺的重要工程,當磨床內(nèi)外環(huán)境振動較好的時候,經(jīng)在在線動平衡校正后的砂輪殘余振動量,會比一般傳統(tǒng)手動靜平衡效果再優(yōu)化一個數(shù)量級,以峰到峰值(Peak to Peak)的量測基準來評比,當靜平衡后為3μm時,綜合在線動平衡校正作業(yè)的優(yōu)勢,研磨加工業(yè)者可獲得以下的經(jīng)濟利益:可大幅改善被研磨工件的真圓度、圓筒度和面粗度；可延長被研磨工件壽命、減少研磨燒傷裂損現(xiàn)象,并控制其低頻工作噪音；提高研磨加工精密度、穩(wěn)定性和批量一致性(CP值)；可延長傳統(tǒng)砂輪和金剛石砂輪修整裝置壽命；可確保磨床主軸與軸承壽命,延長磨床維修間隔,降低磨床維修成本。而砂輪安裝的偏心度、砂輪的厚度不均、主軸的不平衡及砂輪對冷卻液的吸附等，會使振動更加增大。想要讓砂輪磨削出準確的尺寸和光潔的表面，必須防止磨削過程中的振動。磨床是精密機械加工必不可少的工作母機，為了適應(yīng)日趨精密的工作精度需求及不斷追求的高效率和低成本的目標，全球的磨床制造業(yè)都在不懈地致力于:提高機床的幾何精度，剛性和性能穩(wěn)定性。近年來，我國多家磨床制造廠相繼配備美國SBS系統(tǒng)于國產(chǎn)高檔磨床產(chǎn)品上。砂輪僅由人工進行安裝前的傳統(tǒng)靜平衡試驗，其初始平衡精度就比較差；再加上磨削過程中砂輪表面微孔對冷卻液的吸附，以及砂輪磨損和休整所增添的附加不平衡，所以影響磨削質(zhì)量。轉(zhuǎn)子的平衡包括不平衡量的測量和校正。這種不平衡離心力作用在轉(zhuǎn)子軸承上會引起振動，這種振動會產(chǎn)生噪聲和加速軸承磨損，從而影響工件的磨削質(zhì)量和嚴重影響磨床的使用壽命。s balancing is one of the main factors of grinding accuracy, with the demand is higher and higher, solve the unbalance problem also grinding more urgent.The development of grinding wheel moved by online balance system, for purposes of measurement, the automatic balancing devices and an automatic balancing policy research, and divided mainly into the following aspects ：Grinding wheel moved up online balance of the technical trend of development, the significance of this research ；The move the motion and the online balance theory ；Designed the signal flow, introduced the signal that the sampling and digital processing, the quantity of unbalanced the algorithm ；The system 89C51 monolithic integrated circuits to the wheel whirling through detecting the balance of the vibration of a signal and a data processing, to determine the quantity of unbalanced, and control the size of the grinding wheel spinning along at his head in the balance of both don39。 通過本文的研究，構(gòu)架了砂輪在線動平衡系統(tǒng)的框架，具有硬件電路簡單，倍頻采樣精度高，跟蹤速度快的優(yōu)點，實現(xiàn)了系統(tǒng)的基本功能，為進一步研究砂輪動平衡技術(shù)打下了良好的基礎(chǔ)。摘 要磨床砂輪的不平衡量是影響磨削精度的主要因素之一，隨著對磨床磨削精度的要求越來越高，解決砂輪的不平衡問題也日顯迫切。本文以開發(fā)砂輪在線動平衡系統(tǒng)為目的，對不平衡信號的測量、自動平衡裝置以及自動平衡策略展開研究，主要分為以下幾個方面：總結(jié)砂輪在線動平衡技術(shù)的研究現(xiàn)狀的發(fā)展趨勢，闡述了本文的研究意義；研究了動平衡的在線動平衡原理和基礎(chǔ)理論；設(shè)計了信號處理流程，介紹了振動信號的采樣及數(shù)字處理，研究了不平衡量的控制算法；該系統(tǒng)以89C51單片機為核心，通過檢測砂輪旋轉(zhuǎn)時不平衡量引起的振動信號并進行數(shù)據(jù)處理，以確定不平衡量的大小，然后控制跟隨砂輪高速旋轉(zhuǎn)的平衡頭內(nèi)的雙永磁直流電機以對不平衡量進行補償,并設(shè)計相應(yīng)的軟件。 關(guān)鍵詞：傳感器 單片機 動平衡 數(shù)學模型Design and Research Wheel Dynamic Balance Measurement and Control SystemAbstractGrinding wheel39。t a direct motor to balance the amount of pensation and the design of software.By this research, online move the wheel out of the framework of a hardware circuit simple, and times of the sampling frequency high precision, tracking speed and fulfilled the system of the basic function, for further study before the technology we have still a good foundation.Keywords： Sensor MCU Dynamic balance The ma``thematical model目 錄第一章 緒論 1 論文選題的來源及意義 1 砂輪動平衡測控系統(tǒng)的目的 2 傳統(tǒng)靜平衡存在的問題 2 本系統(tǒng)在線平衡的特點 3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4 題目研究內(nèi)容 4 工作量 4第二章 方案論證 6 控制對象簡介 6 系統(tǒng)方案設(shè)計 6 砂輪平衡技術(shù)的選擇 6 平衡頭系統(tǒng)的工作原理 7 7第三章 平衡頭數(shù)學模型的建立 9 位置調(diào)節(jié)模型 9 平衡模型及其方框圖 10第四章 硬件設(shè)計 13 單片機最小系統(tǒng) 13 89C51系列單片機 14 89C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 15 AT89C51系列引腳功能 16 AT89C51系列單片機的功能單元 18 拓展單元8255單元 19 拓展芯片8255 20 8255功能引腳 20 磁電式振動速度傳感器 21 放大電路 22 濾波器 23 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器 25 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 25 ADC0809引腳結(jié)構(gòu) 26 ADC0809應(yīng)用說明 27 27 28 29 執(zhí)行電路 29 電機的選擇 30 顯示電路 31 HD7279A的典型應(yīng)用 32 顯示電路硬件設(shè)計 33第五章 PID控制算法研究 35 PIN控制的工作原理 35 PID控制的特點 36 PID控制算法 37 PID調(diào)節(jié)器的數(shù)字化 38 PID參數(shù)的整定的整定方法 40第六章 軟件設(shè)計 42 軟件流程圖 42 A/D采樣數(shù)據(jù)軟件設(shè)計 43 平衡過程流程圖 44總 結(jié) 46參考文獻 47致 謝 48附錄1：程序清單 49附錄2：系統(tǒng)原理圖 6162第一章 緒論 論文選題的來源及意義 任何轉(zhuǎn)子在圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)時，都可能由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻而產(chǎn)生離心力。本論文的主要目標是對轉(zhuǎn)子的不平衡量進行校正，改善轉(zhuǎn)子相對于軸線的質(zhì)量分布，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的振動或作用于軸承上的振動力減小到允許的范圍之內(nèi)。砂輪的平衡對高精度磨床的磨削有重要的意義。特別是因砂輪不平衡造成的徑向跳動在磨削零件的表面會留下較大的振痕。1995年夏天在FARREL磨床維修中配用了從美國許密特（Schmitt）工業(yè)公司進口的SBS動平衡裝置。 下面介紹一下砂輪動平衡測控系統(tǒng)的意義：　　眾所周知，砂輪是磨床的必要工具。砂輪的結(jié)構(gòu)是由分布不均的大量顆粒組成，先天的不平衡無法避免，這必然會引起一定的偏心振動。這些振動不僅僅影響到磨床的加工質(zhì)量，還會降低磨床的主軸壽命、砂輪壽命，增加砂輪修正次數(shù)及修整金剛石的消耗等。 砂輪動平衡測控系統(tǒng)的目的常用砂輪機械中包含著大量的作旋轉(zhuǎn)運動的零部件，例如：各種轉(zhuǎn)動軸、主軸、電動機和汽輪機的轉(zhuǎn)子等，統(tǒng)稱為回轉(zhuǎn)體。但工程中的各種回轉(zhuǎn)體，由于材質(zhì)不均勻或毛坯缺陷、加工及裝配中產(chǎn)生的誤差，甚至設(shè)計時就具有非對稱的幾何形狀等多種因素，使得回轉(zhuǎn)體在旋轉(zhuǎn)時，其上每個微小質(zhì)點產(chǎn)生的離心慣性力不能相互抵消，離心慣性力通過軸承作用到砂輪的機械及其基礎(chǔ)上，引起振動，產(chǎn)生了噪音，加速軸承磨損，縮短了機械壽命，嚴重時能造成破壞性事故。 傳統(tǒng)靜平衡存在的問題砂輪的殘余靜不平衡人工做靜平衡時，由于磨床砂輪直徑較大、自重較大，導(dǎo)致靜慣性較大，所以當靜平衡做到一定程度就無法繼續(xù)下去，此時砂輪仍然保留一定的殘余靜不平衡，結(jié)果造成靜平衡精度較差。偶不平衡雖然不太大，但對于高精度加工的磨床來講，也是不可忽略的。砂輪表面微孔對冷卻液吸附的不平衡在磨削過程中，由于砂輪表面微粒及微孔對冷卻液吸附的不均勻性就會造成砂輪的附加不平衡。砂輪磨損和修正中的附加不平衡由于砂輪是非均勻的顆粒粘合體，其表層微粒的磨損以及不定時的表面修正都會造成砂輪新的不平衡，這些附加不平衡也不可能用靜平衡法消除。但引起振動的主要原因又恰恰是砂輪本身。 本系統(tǒng)在線平衡的特點本系統(tǒng)的組成 本系統(tǒng)由振動傳感器、控制微機和平衡頭組成。本系統(tǒng)的拾振原理振動傳感器把收集到的磨床的各種振動信號輸入微機，由微機內(nèi)的窄波濾波器按主軸轉(zhuǎn)速濾波，分辨出由砂輪不平衡引起的即刻振動值（徑向振動位移值）。帶磁性的傳感器的圓柱面最好垂直于砂輪與工件的接觸面。其平衡程序由微機按拾振信號驅(qū)動2個永磁直流電機同時正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，使2個平衡塊的角平分線與不平衡質(zhì)量的半徑成 ，滿足2個補償平衡塊夾角的方向與砂輪的不平衡質(zhì)量處于相反方向；第二步2個永磁直流電機一個正轉(zhuǎn)另一個反轉(zhuǎn)或一個反轉(zhuǎn)另一個正轉(zhuǎn)，來調(diào)整2個平衡塊與砂輪中心點連線的夾角大小，滿足補償平衡塊的質(zhì)量與砂輪不平衡質(zhì)量相等。一般工廠為了消除頻繁出現(xiàn)的磨削振痕，操作工人采取變換砂輪轉(zhuǎn)速及減小磨削進給等辦法做多次往復(fù)磨削，這樣不但費時，而且效果也不太理想。因此如有外界振動存在，磨床應(yīng)裝有避振器或隔離措施。正確安放傳感器 振動傳感器的安放位置與方向十分重要，初裝時可以用其磁性底座，等找到較合適的方位后也可作永久固定方式。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國平衡機的研制和開發(fā)是從50年代末開始的，經(jīng)過30年的努力，國內(nèi)平衡機的技術(shù)水平有較大提高。在動平衡理論方面，西安交通大學的屈梁生院士的全息動平衡技術(shù)將全息譜技術(shù)應(yīng)用于動平衡系統(tǒng)，從而有效的融合了轉(zhuǎn)子多向振動信息，提高了平衡精度，并且已應(yīng)用到非對稱轉(zhuǎn)子的平衡，有些學者已提出了多種快速平衡技術(shù)即所謂的“無試加重”平衡方法，用測量的振動特性來模擬系統(tǒng)，從而確定系統(tǒng)的不平衡量。在工業(yè)化國家廣泛應(yīng)用，但價格昂貴，并且國外的大多數(shù)平衡機產(chǎn)品并不適應(yīng)于我國國情。隨著近幾年磨床自動化，提高機床運轉(zhuǎn)率，縮短輔助時間，實現(xiàn)無人生產(chǎn)等要求日趨緊迫。自動平衡時，將砂輪和動平衡裝置安裝在機床上，用機械的或者其它方式自動進行自動平衡。 題目研究內(nèi)容研究砂輪偏心的平衡方法及設(shè)計平衡裝置；研究砂輪不平衡信號的提取方法；研究建立砂輪動平衡測控系統(tǒng)數(shù)學模型的方法及其模型建立；控制算法研究測控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計和軟件實現(xiàn)設(shè)計 工作量了解磨床砂輪磨削工作原理及平衡原理；硬件電路設(shè)計：（1）最小系統(tǒng)的設(shè)計；（2）檢測處理電路設(shè)計；（3）執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動電路設(shè)計；（4）人機對話系統(tǒng)設(shè)計軟件設(shè)計（1）軟件流程圖設(shè)計；（2）控制算法及程序設(shè)計。大致掌握動平衡的特點。第二章 方案論證 控制對象簡介平衡頭關(guān)鍵結(jié)構(gòu)由執(zhí)行機構(gòu)、傳動系統(tǒng)和平衡塊組成。設(shè)計減速器的目的體現(xiàn)在幾方面: 傳遞運動,將平行于砂輪的電動機軸運動轉(zhuǎn)換為圍繞轉(zhuǎn)子的周向旋轉(zhuǎn)運動。利用蝸輪蝸桿的鎖定功能,在平衡后使偏心齒圈鎖定。平衡頭是由兩個相同的傳動機構(gòu)組成,結(jié)