¿Cómo equilibrar una muela abrasiva?
Sistema de equilibrio automático de muela abrasiva inteligente basado en comunicación de control remoto por infrarrojos con microcontrolador.
Como parte importante del procesamiento mecánico, el rectificado es un medio importante de procesamiento de precisión y ultraprecisión. La vibración causada por la cantidad desequilibrada de la muela tiene un gran impacto en el proceso de rectificado, restringiendo seriamente la mejora de la calidad y precisión de la superficie de rectificado. El método tradicional de equilibrio de la muela es el equilibrio estático. Este método de equilibrio fuera de línea es inconveniente y se ve afectado por la precisión del riel guía de equilibrio, la redondez del mandril de equilibrio, la fricción y el nivel técnico del operador. tiene ciertas limitaciones y requiere mucho tiempo, especialmente para el rectificado de precisión y ultraprecisión, que requiere un equilibrio inicial y un equilibrio fino, y múltiples desmontajes y montajes de la muela. El tiempo de equilibrio es largo y el uso. inconveniente. Además, el mayor defecto de este método es que no tiene en cuenta el impacto significativo de los nuevos desequilibrios causados por la distribución desigual del material de la propia muela, el desgaste de la superficie de la muela durante el proceso de rectificado y la adsorción desigual de refrigerante. . Por lo tanto, en el proceso de desarrollo de la automatización del rectificado y rectificado de precisión y ultraprecisión, el equilibrado dinámico en línea de muelas abrasivas se ha convertido en una tecnología clave indispensable, que tiene una importancia importante y amplias perspectivas en la producción. Entre los dispositivos de equilibrio dinámico en línea existentes, la precisión del equilibrio del sistema externo no es alta, la estructura es compleja y todavía existe una gran brecha en el control automático, que no puede satisfacer las necesidades de producción.
El autor estudió un nuevo tipo de sistema inteligente de equilibrio automático en línea de muelas abrasivas. El sistema utiliza la microcomputadora de un solo chip 98 como núcleo de control. Al detectar la señal de vibración causada por la cantidad desequilibrada cuando la muela gira y procesa los datos, el algoritmo de control de búsqueda automática determina el tamaño de la cantidad desequilibrada y luego controla. lo siguiente a través de la comunicación de control remoto por infrarrojos de doble máquina con microordenador de un solo chip 98. El bloque de equilibrio en el cabezal de equilibrio que gira a alta velocidad de la muela se mueve para compensar el desequilibrio. El propósito de este proyecto es desarrollar un sistema de equilibrio automático en línea inteligente aplicable para muelas abrasivas, mejorar la precisión y eficiencia del equilibrio y proporcionar un medio eficaz para automatizar el proceso de rectificado.
1. Principio y estructura del sistema de equilibrio
El sistema primero utiliza un sensor de aceleración piezoeléctrico instalado en el marco del cabezal de la muela para detectar la cantidad de vibración causada por el desequilibrio del rectificado. La rueda produce el efecto piezoeléctrico. La carga forma una fuerza electromotriz débil, y luego el amplificador de carga convierte la fuerza electromotriz débil en una señal de voltaje más fuerte, que se detecta a través de un filtro de paso de banda para separar la señal de vibración causada por el desequilibrio de la. muela, filtra la señal de interferencia y luego realiza la amplificación de voltaje, para que coincida con el voltaje de entrada del convertidor A/D, y luego ingresa al dispositivo de muestra y retención. A través de la conversión A/D, la cantidad analógica se convierte en. una cantidad digital y se envía al sistema de control de 98 microcontroladores. El sistema de control del microcontrolador puede procesar datos, calcular y mostrar el valor máximo de amplitud de vibración y luego puede emitir señales de control de acuerdo con la estrategia de control en el modo de equilibrio automático para el equilibrio automático, o emitir instrucciones de control a través del teclado en el modo de equilibrio manual para equilibrio.
Para completar la operación de equilibrio, la señal de control debe transmitirse al cabezal de equilibrio para controlar el motor paso a paso y ajustar la posición del bloque de equilibrio en consecuencia. Para los dispositivos de equilibrio giratorios de alta velocidad, la transmisión de señales de control es una cuestión clave. Actualmente, el método del anillo colector se utiliza ampliamente y su principal desventaja es el desgaste reactivo durante el uso. Debido a que el tiempo real de equilibrado de la muela es muy corto, el anillo colector todavía está desgastado cuando no se realiza la operación de equilibrado. Para superar esta deficiencia, este sistema utiliza un método de control remoto por infrarrojos. Para superar las deficiencias de que la emisión de señales infrarrojas es direccional y solo puede cubrir un área determinada, el experimento instaló tubos transmisores y receptores de infrarrojos en el eje del eje principal. De esta manera, se puede recibir una señal más fuerte y, al mismo tiempo, se puede prevenir eficazmente la interferencia de otras señales y mejorar la confiabilidad del sistema.
La señal transmitida por el control remoto por infrarrojos está en modo serie Para cambiar las instrucciones de control emitidas por el microcontrolador 98 del modo paralelo al modo serie, la transmisión y recepción de señales de control en este sistema adopta la conexión serie. entre 98 microcontroladores. El microcontrolador (host) en el sistema de control terrestre envía una señal de control a través del puerto serie, activa el diodo emisor de luz infrarroja, convierte la información digital en una señal de pulso infrarrojo en serie y la envía al amplificador de detección de infrarrojos. señal a una señal digital y la envía al cabezal de equilibrio. El extremo de entrada del puerto serie del microcontrolador (esclavo) se decodifica y se restaura en las instrucciones de control para realizar los controles correspondientes. Por un lado, la máquina esclava recibe y decodifica la señal de control en serie y, por otro lado, utiliza software para implementar el distribuidor de anillo para proporcionar señales de control al motor paso a paso para que funcione normalmente.
Para proporcionar energía al sistema de control en el cabezal de equilibrio, se instala un microalternador en el cabezal de equilibrio. El voltaje de CA de salida se rectifica, detecta y estabiliza para obtener un suministro de energía estable, que. está conectado al sistema de control remoto por infrarrojos. Al mismo tiempo, se evitan por completo los defectos causados por el uso de anillos colectores.
Su proceso de trabajo: Cuando la muela gira, la bobina del rotor del generador gira coaxialmente. Dado que el campo magnético del estator es fijo, la bobina corta las líneas de fuerza magnéticas para generar corriente alterna, que se convierte en CC. energía a través de rectificación, filtrado y estabilización de voltaje, y se proporciona al circuito de control y al motor paso a paso utilizado en el cabezal de equilibrio. En este momento, el sistema de microcontrolador dentro del cabezal de equilibrio se enciende, se reinicia y comienza a detectar si hay una señal de control infrarroja. Cuando el host envía una señal de control, la máquina esclava recibe la señal de control desde el puerto serie a través del control remoto por infrarrojos. La máquina esclava ejecuta el programa de control y emite la señal de control que controla la acción de los dos motores paso a paso, accionando el tornillo. gírelo y conéctelo con el bloque de equilibrio. La tuerca se mueve para lograr la compensación automática del desequilibrio de la muela.
2. Software del sistema de control
2.1 Algoritmo de control
Para lograr el equilibrio dinámico en línea de la muela, es necesario detectar y procesar datos automáticamente, y Utilice automáticamente las reglas de control del software para determinar si está equilibrado o no, y luego envíe una señal de control para accionar el actuador para compensar el desequilibrio. El contenido principal aquí es que el sistema de microprocesador sirve como una unidad inteligente para completar todo el control del proceso de equilibrio para lograr inteligencia.
Modelo de control
El contrapeso del dispositivo de equilibrio son dos tuercas que se mueven sobre tornillos de precisión escalonados verticalmente. La operación de equilibrio hace que los tornillos de precisión giren a través de dos motores paso a paso. dos tuercas en una línea recta radial, el vector de fuerza centrífuga resultante es igual en tamaño y de dirección opuesta al vector de fuerza centrífuga generado por el desequilibrio inherente de la muela, logrando así el equilibrio de la muela. estrategia
Al equilibrar, puede comenzar desde cualquier punto inicial (x, y) y buscar en la dirección de x, y para que la amplitud desequilibrada continúe disminuyendo hasta que la cantidad de vibración ya no disminuya.
Para acelerar el proceso de búsqueda, aquí se utiliza un algoritmo de control que combina el tamaño del paso de aceleración y el tamaño del paso óptimo. Al equilibrar, primero especifique el tamaño del paso de prueba inicial h a lo largo de la dirección s para x o y, y utilícelo para buscar la dirección del paso. Cuando xi = xi-1 + hs, se satisface fi (xi, yi)
La idea básica de utilizar el método de dicotomía para buscar el tamaño de paso óptimo se muestra en la Figura 4. Los dos puntos α y b se obtienen mediante el método de paso acelerado. El punto óptimo de la función objetivo debe ser. entre los dos puntos, reduzca a la mitad el tamaño del paso y busque La dirección se invierte, es decir, βi = βi-1/2, hi = -hi-1.
Busque un paso a lo largo de x e y respectivamente, y luego reduzca a la mitad el tamaño del paso según la situación. La dirección permanece sin cambios o el tamaño del paso se reduce a la mitad, la dirección también cambia y la búsqueda continúa hasta que es. se reduce al tamaño de paso unitario y la amplitud ya no disminuye. Cuando deje de buscar, este es el punto de equilibrio que se puede alcanzar.
2.2 Diseño de software
El software de este sistema adopta un diseño modular y consta de las siguientes partes: programa principal, módulo de muestreo, módulo de procesamiento de datos, módulo de visualización, módulo de entrada clave, módulo clave. módulo de subrutina de procesamiento, módulo de envío en serie y módulo de recepción en serie, etc. Entre ellos, el módulo de subrutina de procesamiento clave es la parte central del algoritmo de control del software del sistema. El proceso de equilibrio aproximado adopta el método de paso de aceleración y el proceso de equilibrio fino adopta el método de paso óptimo.
3. Resultados experimentales
Se realizó un experimento de equilibrio dinámico en el sistema con la rectificadora cilíndrica universal de alta precisión MC1420 del laboratorio y los resultados experimentales se analizaron utilizando un osciloscopio y un analizador FFT. . Realizar observaciones y análisis. La cantidad de vibración de la muela después del equilibrio es aproximadamente 1/8 de la anterior al equilibrio, la amplitud se reduce significativamente y el efecto de equilibrio es bueno.
4. Conclusión
El sistema inteligente de equilibrio automático en línea desarrollado por el autor tiene las siguientes características: ① Utiliza 98 comunicaciones de control remoto por infrarrojos de doble máquina con microordenador de un solo chip y utiliza un husillo. generación de energía para proporcionar un cabezal de equilibrio El método de suministro de energía interno supera por completo las deficiencias del anillo colector de corriente utilizado en el cabezal de equilibrio dinámico existente ② El tornillo de precisión y la señal de control de micropasos subdividida del motor paso a paso implementada por el software del microcontrolador; mejorar en gran medida la precisión del equilibrio; ③ Mejorado El algoritmo de control de búsqueda automática puede alcanzar rápidamente los requisitos de precisión del equilibrio ④ El sistema proporciona dos modos de trabajo flexibles, completamente automático y semiautomático, y es muy fácil de operar;
Los experimentos realizados con este sistema muestran que reduce significativamente la vibración y tiene buenos efectos, por lo que tiene amplias perspectivas de aplicación y puede producir grandes beneficios económicos.