CN104354069B - 全自动平衡机切削零点定位优化方法及其辅助电路 - Google Patents

Abstract

一种全自动平衡机切削零点定位优化方法，步骤为：（1）机床准备，（2）刀具进给，（3）滤波整形，（4）对刀判断，特别是在延时操作的同时，根据在刀具旋转一周的时间内，刀具之刀刃与产品的接触次数和刀刃数是否一致，判断切削零点定位；还公开了一种应用于前述方法的辅助电路，包括：低通滤波电路、高电平钳位模块、相位反向模块以及判断模块，低通滤波电路一端与导电部相连，低通滤波电路的另一端与相位反向模块相连，高电平钳位模块并联在低通滤波电路与相位反向模块之间，相位反向模块通过过渡模块与判断模块相连，该判断模块的另一端与编程器相连，本发明优化了平衡机的切削零点定位，大大提高了平衡机之切削零点定位的准确性。

Description

全自动平衡机切削零点定位优化方法及其辅助电路

技术领域

本发明涉及机械设备之控制技术领域，尤指一种全自动平衡机切削零点定位优化方法及其辅助电路。

背景技术

电机是重要的生产和生活用品，其中，电机转子在制造过程中，由于受材料、制造工艺以及装配的影响，存在着初始不平衡量，带有过大不平衡量的电机转子在高速旋转工作时产生震动、噪音缩短产品寿命、甚至带来危险，因此，必须对电机转子进行动平衡校正修正处理。

随着科技的发展，在电机转子修正作业已由传动手工修正向机械自动化修正转变，目前，一般采用平衡机对电子转子进行机械校正，以提高转子的校正精度，然而，在修正作业中，常会因电机转子上的铁屑或其他干扰的影响，导致修正前对刀不准，进而影响转子的修正效果。

目前，市场已有自动定位方法，该方法是根据转子与铣刀的接触、分开，通过将铣刀与地绝缘，而夹具、转子接地的方式，根据高低电平判断铣刀是否与转子接通/断开，然后判断定位点，该方式直接将高低电平输入单片机，通过延时进行判断是否铣刀与转子接触有效，如授权公告号CN101797700B的中国专利公开了一种利用轴承动态油膜电阻的全自动转子平衡机自动对刀装置。

然而，上述方式将触头（即一导电部）过来的高低电平信号直接输入单片机进行判断，可能将铁屑导致的低电平信号引入单片机，从而出现定位误判的情况；而且，在电机转子的修正切削过程中，难免会出现在第一刀切削未达到合格且第二刀位置与第一刀位置重叠的情况，在此情况下，由于刀具刀刃只有部分或很少部分与产品接触，刀具以恒转速旋转，所以传统的延时定位方法容易出现延时时间不足，即铣刀与转子的接触时间短于延时时间，进而导致定位不精准。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种全自动平衡机切削零点定位优化的方法及其辅助电路， 其辅助电路保证了定位信号的准确性，通过辅助电路与切削零点定位优化方法相结合，优化了全自动平衡机的切削零点定位，大大提高了全自动平衡机之切削零点定位的准确性。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种全自动平衡机切削零点定位优化方法，该全自动平衡机包括编程器、移动工作台、通过绝缘板与移动工作台相连接的托架、安装在托架一端的刀具、设于托架上的导电部以及设于刀具进给方向上的夹具，夹具用于装夹待修正的产品，所述编程器和导电部通过辅助电路相连接，其切削零点定位优化方法步骤如下：

（1）机床准备：产品装夹在夹具上，托架通过绝缘板与移动工作台隔离，产品、夹具与地连接，刀具与产品处于未接触状态，托架与地断开，此时导电部悬空；

（2）刀具进给：开启机床，刀具转动，向产品进给，并与产品接触，此时，托架通过产品和刀具的接触与地连接，即导电部与地连接，通过刀具转速形成刀具与产品之间接触状态的信号，该信号经由导电部传输；

（3）滤波整形：通过辅助电路对步骤（2）导电部输入的信号进行低通滤波，再利用辅助电路对低通滤波后的信号进行整形，并将整形后的信号传输到编程器，判断刀具与产品的接触状态，以避免导电部与地断开短接的信号因受到干扰而出现误判；

（4）对刀判断：刀具与产品接触后，对刀具与产品的接触时间进行延时，并根据刀具延时时间是否足够，判断刀具之切削零点定位是否成功，在延时操作的同时，根据在刀具旋转一周的时间内，刀具之刀刃与产品的接触次数和刀刃数是否一致，判断刀具之切削零点定位是否成功，以避免出现叠刀时，延时时间不足而导致将接触误判为铁屑输入。

所述辅助电路包含有低通滤波电路，在步骤（3）中，滤波整形电路通过低通滤波电路对导电部输入的信号进行低通滤波。

在所述辅助电路还包含有高电平钳位模块和相位反向模块，在步骤（3）中，当刀具与产品未接触时，没有信号输入，高电平钳位模块向相位反向模块输入为高电平，相位反向模块再将输入的高电平相位反转180°，成为低电平输出，当刀具与产品接触时，输入接地，相位反向模块输入为低电平，再经相位反转180°，成为高电平输出。

所述辅助电路还包含有判断模块，当步骤（3）中，相位反向模块输出为高电平，输入接地时，即判断模块输入高电平时，判断模块导通，编程器输入脚接地，输入有效。

所述步骤（4）中，在第一次对刀时，刀具与产品接触后，开始计时，当接触时间与未达到延长时间，返回延时操作，重新定位，当接触时间达到延时时间时，切削零点定位完成。

所述步骤（4）中，采用计数器对刀具接触产品的次数进行计数，当二次对刀出现延时时间不足，从第一次输入开始计时，计数器同时开始计算刀具与产品的接触次数，计时时间到，即刀具旋转一周时间后，编程器通过反馈的信号判断刀具与产品的接触次数与刀具之刀刃数是否一致。

所述步骤（4）中，当计数器计算的接触次数与刀具之刀刃数基本一致时，切削零点定位完成，当计数器计算的接触次数与刀具之刀刃数不一致时，返回延时操作，重新定位。

一种应用于上述的全自动平衡机切削零点定位优化方法中的辅助电路，所述辅助电路包括：低通滤波电路、高电平钳位模块、相位反向模块以及判断模块，低通滤波电路一端与导电部相连接，该低通滤波电路用于对输入信号进行滤波，低通滤波电路的另一端与相位反向模块相连接，该相位反向模块用于将输入的信号相位反转180°输出，高电平钳位模块并联在低通滤波电路与相位反向模块之间，该高电平钳位模块用于将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，相位反向模块通过过渡模块与判断模块相连接，该判断模块用于将有效输入传输给编程器，该判断模块的另一端与编程器相连接。

所述辅助电路之低通滤波电路与导电部的连接端为信号输入端in，该低通滤波电路由电阻R1和电容器C1连接而成，该电容器C1另一端接地，该低通滤波电路与相位反向模块的脚1相连接，该相位反向模块为一反相器U1，并联在低通滤波电路与相位反向模块之间的高电平钳位模块为一上拉电阻R2。

所述辅助电路之相位反向模块的脚2与过渡模块一端相连接，该过渡模块另一端与判断模块的脚1相连接，该过渡模块为一电阻R3，该判断模块为一光电耦合器，该判断模块之脚4与编程器相连接，判断模块与编程器的连接端为信号输出端out，判断模块的脚2接地，判断模块的脚3通过一电阻R4接地。

本发明的有益效果如下：

1、在导电部和编程器之间的辅助电路设计，该辅助电路结构简单，通过辅助电路的低通滤波电路对输入信号进行低通滤波，再通过高电平钳位模块和相位反向模块相配合，对低通滤波后的输入信号进行整形，再控制判断模块之脚3和脚4是否导通，使有效信号（即定位准确的信号）输入编程器，进而有效避免铁屑或其他干扰的影响，在刀具以恒转速转动的情况下，保证定位信号的准确性；

2、在进行延时对刀的同时采用计数计时的方法，根据刀具旋转一周的时间、刀具之刀刃数与刀具跟产品接触的次数相结合，当刀具之刀刃数与刀具跟产品接触的次数基本一致时，可判断切削零点定位完成，进而有效解决了叠刀时，延时时间不足而导致将接触判断为铁屑输入的问题，优化了全自动平衡机切削零点定位，使得全自动平衡机之切削零点定位的准确性大大提高。

附图说明

图1 是本发明的流程图。

图2 是本发明的滤波整形电路图。

图3 是本发明的工作原理图。

图4 是本发明之全自动平衡机的结构示意图。

图5 是本发明刀具对刀时长示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步说明：

如图1-5所示，本发明关于一种全自动平衡机切削零点定位优化方法，全自动平衡机包括编程器K（即PLC，Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）、移动工作台1、通过绝缘板2与移动工作台1相连接的托架3、安装在托架3一端的刀具6、设于托架3上的导电部5以及设于刀具6进给方向上的夹具8，夹具8用于装夹待修正的产品7，编程器K和导电部5通过辅助电路9相连接。

其中，托架3通过带有皮带轮的旋转轴4与刀具6相连接，该旋转轴4通过皮带轮与驱动装置相连接，导电部5优选采用电刷、黄铜、导线或其他铜制品，需要说明的是，对导电部5的选择仅为本发明的较佳实施方式，在此并不予以自限，在机床工作时，该刀具6转速为恒转速,在实际作业中，全自动平衡机对电机之转子的修正一般采用为铣刀。

如图1-3所示，本发明所揭示的一种全自动平衡机切削零点定位优化方法，其具体步骤如下：

（1）将产品7（如：电机转子）装夹在夹具8上，托架3通过绝缘板2与移动工作台1隔离，产品7、夹具8与地连接，刀具6与产品7处于未接触状态，托架3与地断开，此时，导电部5悬空，做好机床修正产品7的准备。

（2）开启机床，刀具6转动，向产品7进给，并与产品7接触，此时，托架3通过产品7和刀具6的接触与地连接，即导电部5与地连接，通过刀具6转速形成刀具6与产品7之间接触状态的信号，该信号经由导电部5传输。

（3）辅助电路9包含有低通滤波电路、高电平钳位模块、相位反向模块以及判断模块，辅助电路9通过低通滤波电路对步骤（2）导电部5输入的信号进行低通滤波；再利用辅助电路9对低通滤波后的信号进行整形，并将整形后的信号传输到编程器K，判断刀具与产品的接触状态，因为在电机之转子的机加工修正过程中，存在着铁屑和其他干扰的影响，会使导电部5与地断开短接的信号出现错误，在导电部5与编程器K之间设置辅助电路9，可通过辅助电路9之低通滤波电路，对导电部5输入的信号进行低通滤波，进而有效避免导电部5与地断开短接的信号因受到干扰而出现误判。

具体而言，当刀具6与产品7未接触时，没有信号输入，高电平钳位模块向相位反向模块输入为高电平，相位反向模块再将输入的高电平相位反转180°，成为低电平输出，当刀具6与产品7接触时，输入接地，相位反向模块输入为低电平，再经相位反转180°，成为高电平输出。

当相位反向模块输出为高电平，输入接地时，即判断模块输入高电平时，判断模块导通，编程器K输入脚接地，输入有效。

（4）采用延时定位方式，在刀具6与产品7接触后，对刀具6与产品7的接触时间进行延时，并根据刀具6延时时间是否足够，判断刀具6之切削零点定位是否成功，在延时操作的同时，根据在刀具6旋转一周的时间内，刀具6之刀刃与产品的接触次数和刀刃数是否一致，判断刀具6之切削零点定位是否成功，以避免出现叠刀时，延时时间不足而导致将接触误判为铁屑输入。

具体而言，在第一次对刀时，刀具6与产品7接触后，开始计时，当接触时间与未达到延长时间，返回延时操作，重新定位，当接触时间达到延时时间时，切削零点定位完成，此处，将低电平时间设为T0，当低电平时间达到延时时间时，切削零点定位完成。

如图5所示，刀具6与产品7接触时，必定只有一个刀刃与产品7接触，且接触时间最长为d1接触时间长，之后断开，且过d2对应时间后才再次接触d1时间长，这样就形成方波信号。由于刀具6转速确定，所以d1和d2对应时间可以算，但是当出现铣削两次且第二刀与第一刀出现重合，则刀具6接触时间会小于d1对应时间，重合越大，接触时间越短。

如图3所示，当低电平时间T0足够长4ms，即延时时间到，则零点定位完成；当延时时间不够，但在刀具6旋转一周期时间T1内刚好接触与刀刃片数相同的次数C0，则切削零点定位完成。

在延时操作的同时，进行计数计操作，需要说明的是，在计数计时操作时，采用计数器对刀具6接触产品7的次数进行计数，当第一次切削未达到合格，需要进行二次对刀，若延时时间不足，从第一次输入开始计时，计数器同时开始计算刀具6与产品7的接触次数，计时时间到，即刀具6旋转一周时间后，编程器K通过反馈的信号判断刀具6与产品7的接触次数与刀具6之刀刃数是否一致，当计数器计算的接触次数与刀具6之刀刃数基本一致时，切削零点定位完成，当计数器计算的接触次数与刀具6之刀刃数不一致时，返回延时操作，重新定位。

将刀具6旋转一周的时间设为T1，接触次数设为C0，当延时时间不足，计时达到T1后，C0与刀具6之刀刃数基本一致时，产品7与刀具6接触，切削零点定位完成。

当采用铣刀修正转子时，一般为刀刃数为6～8个，以六个刀刃的铣刀而言，从第一次有输入开始计时且开始计数，之后每有一次输入，计数增加1，当计时时间到（即铣刀旋转一周），判断计数器是否为六。当计数为六时，则认为转子与铣刀接触，反正则不成功。考虑到有铁屑影响，铣刀转子接触后，铣刀旋转一周可能大于六，所以这里可以进行适当调整，可以认为六到八之间为零点定位成功。

以上两种方式（即纯延时方式和延时结合计时计数方式）只要满足其中任何一条件则认为零点定位成功。

进一步地，本发明还揭示了一种应用于上述全自动平衡机切削零点定位优化方法中的辅助电路9，该辅助电路9包括：低通滤波电路、高电平钳位模块、相位反向模块以及判断模块。

低通滤波电路一端与导电部5相连接，该低通滤波电路用于对输入信号进行滤波，低通滤波电路的另一端与相位反向模块相连接，该相位反向模块用于将输入的信号相位反转180°输出，高电平钳位模块并联在低通滤波电路与相位反向模块之间，该高电平钳位模块用于将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，相位反向模块通过过渡模块与判断模块相连接，该判断模块用于将有效输入传输给编程器K，该判断模块的另一端与编程器K相连接。

辅助电路9之低通滤波电路与导电部5的连接端为信号输入端in，该低通滤波电路由电阻R1和电容器C1连接而成，该电容器C1另一端接地，该低通滤波电路与相位反向模块的脚1相连接，该相位反向模块为一反相器U1，并联在低通滤波电路与相位反向模块之间的高电平钳位模块为一上拉电阻R2。

辅助电路9之相位反向模块的脚2与过渡模块一端相连接，该过渡模块另一端与判断模块的脚1相连接，该过渡模块为一电阻R3，该判断模块为一光电耦合器，该判断模块之脚4与编程器K相连接，判断模块与编程器K的连接端为信号输出端out，判断模块的脚2接地，判断模块的脚3通过一电阻R4接地。

本发明之反相器U1优选采用74HC14或74HC04型号的反相器，需要说明的是，对反相器U1的选择仅为本发明的较佳实施方式，在此并不予以自限。

本发明之光电耦合器U2优选采用TLP521型号的光电耦合器，光电耦合器U2（Optical Coupler，英文缩写为OC，亦称光电隔离器，简称光耦，光电耦合器以光为媒介传输电信号）对输入、输出电信号有良好的隔离作用，保证输入编程器K的信号有效，需要说明的是，对光电耦合器U2的选择仅为本发明的较佳实施方式，在此并不予以自限。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定，故在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明所述的方法、构造、特征及原理所做的等效变化或装饰，均应落入本发明申请专利的保护范围内。

Claims (10)

1.一种全自动平衡机切削零点定位优化方法，该全自动平衡机包括编程器、移动工作台、通过绝缘板与移动工作台相连接的托架、安装在托架一端的刀具、设于托架上的导电部以及设于刀具进给方向上的夹具，夹具用于装夹待修正的产品，其特征在于：所述编程器和导电部通过辅助电路相连接，其切削零点定位优化方法步骤如下：

（1）机床准备：产品装夹在夹具上，托架通过绝缘板与移动工作台隔离，产品、夹具与地连接，刀具与产品处于未接触状态，托架与地断开，此时导电部悬空；

（2）刀具进给：开启机床，刀具转动，向产品进给，并与产品接触，此时，托架通过产品和刀具的接触与地连接，即导电部与地连接，通过刀具转速形成刀具与产品之间接触状态的信号，该信号经由导电部传输；

（3）滤波整形：通过辅助电路对步骤（2）导电部输入的信号进行低通滤波，再利用辅助电路对低通滤波后的信号进行整形，并将整形后的信号传输到编程器，判断刀具与产品的接触状态，以避免导电部与地断开、短接的信号因受到干扰而出现误判；

（4）对刀判断：刀具与产品接触后，对刀具与产品的接触时间进行延时，并根据刀具延时时间是否足够，判断刀具之切削零点定位是否成功，在延时操作的同时，根据在刀具旋转一周的时间内，刀具之刀刃与产品的接触次数和刀刃数是否一致，判断刀具之切削零点定位是否成功，以避免出现叠刀时，延时时间不足而导致将接触误判为铁屑输入。

2.根据权利要求1所述的全自动平衡机切削零点定位优化方法，其特征在于：所述辅助电路包含有低通滤波电路，在步骤（3）中，滤波整形电路通过低通滤波电路对导电部输入的信号进行低通滤波。

3.根据权利要求1所述的全自动平衡机切削零点定位优化方法，其特征在于：在所述辅助电路还包含有高电平钳位模块和相位反向模块，在步骤（3）中，当刀具与产品未接触时，没有信号输入，高电平钳位模块向相位反向模块输入为高电平，相位反向模块再将输入的高电平相位反转180°，成为低电平输出，当刀具与产品接触时，输入接地，相位反向模块输入为低电平，再经相位反转180°，成为高电平输出。

4.根据权利要求3所述的全自动平衡机切削零点定位优化方法，其特征在于：所述辅助电路还包含有判断模块，当步骤（3）中，相位反向模块输出为高电平，输入接地时，即判断模块输入高电平时，判断模块导通，编程器输入脚接地，输入有效。

5.根据权利要求1所述的全自动平衡机切削零点定位优化方法，其特征在于：所述步骤（4）中，在第一次对刀时，刀具与产品接触后，开始计时，当接触时间未达到延时时间，返回延时操作，重新定位，当接触时间达到延时时间时，切削零点定位完成。

6.根据权利要求1所述的全自动平衡机切削零点定位优化方法，其特征在于：所述步骤（4）中，采用计数器对刀具接触产品的次数进行计数，当二次对刀出现延时时间不足，从第一次输入开始计时，计数器同时开始计算刀具与产品的接触次数，计时时间到，即刀具旋转一周时间后，编程器通过反馈的信号判断刀具与产品的接触次数与刀具之刀刃数是否一致。

7.根据权利要求6所述的全自动平衡机切削零点定位优化方法，其特征在于：所述步骤（4）中，当计数器计算的接触次数与刀具之刀刃数基本一致时，切削零点定位完成，当计数器计算的接触次数与刀具之刀刃数不一致时，返回延时操作，重新定位。

8.一种应用于权利要求1-7任一项所述的全自动平衡机切削零点定位优化方法中的辅助电路，其特征在于：所述辅助电路包括：低通滤波电路、高电平钳位模块、相位反向模块以及判断模块，低通滤波电路一端与导电部相连接，该低通滤波电路用于对输入信号进行滤波，低通滤波电路的另一端与相位反向模块相连接，该相位反向模块用于将输入的信号相位反转180°输出，高电平钳位模块并联在低通滤波电路与相位反向模块之间，该高电平钳位模块用于将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，相位反向模块通过过渡模块与判断模块相连接，该判断模块用于将有效输入传输给编程器，该判断模块的另一端与编程器相连接。

9.根据权利要求8所述的辅助电路，其特征在于：所述辅助电路之低通滤波电路与导电部的连接端为信号输入端in，该低通滤波电路由电阻R1和电容器C1连接而成，该电容器C1另一端接地，该低通滤波电路与相位反向模块的脚1相连接，该相位反向模块为一反相器U1，并联在低通滤波电路与相位反向模块之间的高电平钳位模块为一上拉电阻R2。

10.根据权利要求8所述的辅助电路，其特征在于：所述辅助电路之相位反向模块的脚2与过渡模块一端相连接，该过渡模块另一端与判断模块的脚1相连接，该过渡模块为一电阻R3，该判断模块为一光电耦合器，该判断模块之脚4与编程器相连接，判断模块与编程器的连接端为信号输出端out，判断模块的脚2接地，判断模块的脚3通过一电阻R4接地。