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砂轮主轴的不平衡会导致磨床加工质量下降以及加工效率降低。而砂轮在加工过程中由于磨粒磨损等原因,不可避免地会产生较大不平衡量。所以砂轮主轴的动平衡研究,对于磨床加工是很有价值的。动平衡的一般做法主要有两种:平衡机法和现场动平衡法。现场动平衡技术以其方便、高效和低廉的特点取得了越来越广泛的关注。
本文介绍了砂轮不平衡故障机理、诊断方法以及平衡理论,简述了测量不平衡量的常见方法:影响系数法,并且介绍了DSP(数字信号处理)技术在动平衡测试中的应用,以及本课题的研究内容与意义。
本文设计了基于DSP的砂轮主轴便携式动平衡仪,选用32位高性能数字信号处理器TMS320F2812作为控制系统的核心处理器。在线动平衡仪数字信号处理方法上,本文采用一定的测频方法获得主轴转速,以此转频为基频,采用最小二乘法直接拟合经过低通滤波后的振动信号的前三阶频率成份,获得主轴的振动信息。实验验证该算法可行且精度较高。
本文完成了该便携式在线动平衡仪的硬件及软件设计以及原有软件模块的改进,实现了数据采集,电磁铁控制,数据处理等几大功能模块的可靠稳定运行。在实验过程中不断改进提高了信号质量以及更合理的程序算法,对影响系数法在不同情况下的应用做了较深入的分析,并在软件上弥补了机械装置电磁铁定位较慢的不足。设计制作完成了PCB板。
硬件和软件系统设计完成之后,通过对控制电路、软件的实际调试,整个系统可以正常稳定可靠工作,实现对主轴的快速平衡。应用上述技术和方法开发的基于DSP的全自动高速主轴在线动平衡仪样品仪器,主要性能指标达到了预期目标。经过多次现场动平衡测试实验证明,该系统操作方便、运算速度快、平衡精度高,有较好的工程应用价值。