黃文博，張浩哲

（1.長春師范學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長春130032；2.日本廣島技術(shù)長春汽車部件有限公司技術(shù)部，長春130103）

汽車剎車盤片作為汽車安全部件的一個(gè)重要部分，其產(chǎn)品質(zhì)量直接影響到車輛的運(yùn)行性能。汽車剎車盤片由一個(gè)圓鋼盤構(gòu)成，汽車高速行進(jìn)時(shí)由它帶動(dòng)輪胎高速旋轉(zhuǎn)。剎車時(shí)，剎車卡鉗夾住剎車盤片起到減速或停車的作用。剎車盤片的平衡效果是評價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量好壞的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。剎車盤片裝配前必須進(jìn)行平衡校驗(yàn)，旨在提高其動(dòng)平衡校驗(yàn)效率和平衡精度。開發(fā)并優(yōu)化自動(dòng)平衡設(shè)備已成為動(dòng)平衡領(lǐng)域的一個(gè)研究重點(diǎn)。通過對國內(nèi)外汽車剎車盤片平衡機(jī)研究現(xiàn)狀及市場應(yīng)用情況的調(diào)查分析，本文提出幾個(gè)技術(shù)創(chuàng)新以優(yōu)化汽車剎車盤片平衡機(jī)。

1 剎車盤片中的關(guān)鍵技術(shù)問題確定

1.1 單工位一體化的實(shí)現(xiàn)

目前國內(nèi)銷售的大多數(shù)自動(dòng)去重動(dòng)平衡機(jī)的電氣控制部分和機(jī)械部分是分開布局的，通常情況下是機(jī)床的外側(cè)放置電氣控制柜，所有的電氣元件放在柜內(nèi)，外部還需連接液壓工作站。這不僅導(dǎo)致占地面積大、成本高，運(yùn)輸不方便，而且電控柜和機(jī)床分開移動(dòng)時(shí)需要斷開內(nèi)部所有連線，搬運(yùn)后又很難保證接線正確，不利于維護(hù)。

分體式平衡機(jī)的設(shè)計(jì)理念源于早期的平衡機(jī)需要工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器的需求，這就導(dǎo)致電氣控制柜體積變大。另外，工業(yè)計(jì)算機(jī)所使用的Windows操作系統(tǒng)是非實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)，系統(tǒng)的內(nèi)容不可剪裁，不利于提高動(dòng)平衡自動(dòng)校正系統(tǒng)的工作效率，而且Windows操作系統(tǒng)會產(chǎn)生內(nèi)存泄漏、病毒感染等問題，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生系統(tǒng)崩潰，所以維護(hù)成本較高。此外，Windows操作系統(tǒng)涉及軟件知識產(chǎn)權(quán)問題，系統(tǒng)的銷售成本因此也隨之增加。為了避免以上所述的弊端，本文提出將利用PLC和工業(yè)觸摸屏代替工業(yè)計(jì)算機(jī)和顯示器，縮小了元件體積，提高了抗干擾能力，使電氣控制部分與機(jī)械操作部分實(shí)現(xiàn)一體化成為可能。

1.2 不平衡定位的優(yōu)化

平衡機(jī)主軸測量程序主要是控制主軸伺服電機(jī)的啟動(dòng)和停止、速度的選擇及測量后主軸的定位，也就是根據(jù)不平衡位置確定主軸的停止位置。在主軸定位過程中，因?yàn)闇y量主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)速度較快，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，準(zhǔn)確定位較難，每次定位的角度又不相同，在每次測量完成并計(jì)算銑削角度之后才能得到主軸的準(zhǔn)確定位角度。本文提出通過把測量所用的脈沖數(shù)補(bǔ)償?shù)街鬏S旋轉(zhuǎn)脈沖的整數(shù)倍、計(jì)算定位位置并修改主軸脈沖數(shù)、主軸停止后的誤差修正等3個(gè)步驟以優(yōu)化不平衡的定位。

1.3 銑削深度的控制優(yōu)化

控制部分的另一個(gè)難點(diǎn)是如何控制銑削深度的準(zhǔn)確性。一般認(rèn)為，伺服系統(tǒng)可以完全滿足精度要求，但在實(shí)際工作中需要平衡去重的工件有時(shí)會存在工差，這就造成通過距離來設(shè)定控制進(jìn)刀深度的誤差。其結(jié)果將導(dǎo)致去重精度不穩(wěn)定，影響生產(chǎn)。本文提出利用PLC外部中斷輸入來解決此問題。當(dāng)滑臺向前進(jìn)給銑刀接觸工件的瞬間，發(fā)送信號給PLC的中斷輸入點(diǎn)進(jìn)入中斷程序開始計(jì)數(shù)脈沖數(shù)，這樣就可避免因?yàn)楣ぜげ钤斐傻倪M(jìn)刀不準(zhǔn)確。

2 解決關(guān)鍵技術(shù)的方法

2.1 單工位一體化的實(shí)現(xiàn)

2.1.1 機(jī)械部分設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)測量和銑削去重能在同一工位進(jìn)行，本文提出采用2套夾具的辦法，一套是測量氣動(dòng)夾具，采用的是氣動(dòng)三爪夾盤，另一套為液壓銑削夾具，采用三支液壓轉(zhuǎn)角缸。在設(shè)計(jì)中，如何使這2套夾具在各自動(dòng)作時(shí)不發(fā)生干涉，且雙方不相互作用是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。在銑削過程中，首先要利用上浮動(dòng)作將工件盤底定位面完全與測量氣動(dòng)夾具脫離，然后再利用轉(zhuǎn)角夾緊工件。在銑削去重過程中，因?yàn)楣ぜc測量氣動(dòng)夾具是完全分離的，所以不存在任何作用力，這就避免了銑削時(shí)對主軸的沖擊，使測量主軸保持一種長期不變的狀態(tài)，提高了設(shè)備使用壽命。在工件測量旋轉(zhuǎn)時(shí)，銑削液壓夾具保持在轉(zhuǎn)角90o位置時(shí)與工件不發(fā)生干涉。這樣的設(shè)計(jì)確保了測量和銑削去重能在同一工位進(jìn)行。在機(jī)械部分的設(shè)計(jì)上，有如下部分構(gòu)成：機(jī)床床身及銑削滑臺、銑削回轉(zhuǎn)工作臺、立柱及銑頭、平衡測量振動(dòng)裝置、銑削夾緊裝置、吸屑裝置、機(jī)床液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)床防護(hù)罩、潤滑部分。

2.1.2 利用PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工業(yè)計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)

利用PLC代替以往的工業(yè)計(jì)算機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，擺脫了設(shè)備對環(huán)境的高要求，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，降低了功耗，大幅度縮減了測量系統(tǒng)的體積。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，因此具有安全可靠性。PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)，與同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也因此降低。另外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，使用者還可編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也可獲得故障自診保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)就具備了很高的可靠性。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造周期縮短、容易維護(hù)。

2.2 測量不平衡定位的優(yōu)化

為了優(yōu)化測量主軸的定位，將程序細(xì)分為3步。

2.2.1 將測量所用的脈沖數(shù)補(bǔ)償?shù)街鬏S旋轉(zhuǎn)脈沖的整數(shù)倍

其目的可近似認(rèn)為主軸的啟動(dòng)角度就是停止角度，因?yàn)樵趯?shí)際中機(jī)械傳動(dòng)會存在誤差，所以這只是理想狀態(tài)下的結(jié)論。這是定位所需要的第一步工作，因此只要求近似結(jié)果即可。主軸測量脈沖數(shù)的計(jì)算語句：

2.2.2 計(jì)算定位位置并修改主軸脈沖數(shù)

由于已知主軸在不修改脈沖條件下的定位角度，又確定了測量結(jié)果去重弧度，因此就可計(jì)算出應(yīng)修正的脈沖數(shù)。定位脈沖的計(jì)算語句：

2.2.3 主軸停止后的誤差修正

在以上2個(gè)步驟中，雖然主軸定位已經(jīng)完成，但在實(shí)際操作中往往還存在一點(diǎn)誤差，這就需要在主軸停止后做修正，就是將定位后的實(shí)際角度和理想定位角度做差計(jì)算的脈沖數(shù)補(bǔ)償回來。定位誤差校正脈沖的計(jì)算語句：

經(jīng)過以上3個(gè)步驟的定位，主軸的定位角度將變得十分精確。在實(shí)際的操作中，定位誤差小于1°，定位過程中不會受到工件重量、測量速度等因素的影響。這為去重提供了準(zhǔn)確的先決條件。

2.3 銑削深度控制的優(yōu)化

在銑削的過程中，PLC接收到外部輸入信號（上升沿或下降沿）時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)中斷任務(wù)。如何能在銑刀剛接觸工件時(shí)提供給PLC一個(gè)輸入信號，將需要部分硬件電路的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。

2.3.1 開門信號板硬件設(shè)計(jì)

圖1 開門信號板的電路圖

利用光耦實(shí)現(xiàn)信號的傳遞能有效避免干擾。另外，因?yàn)殂娤骰_和機(jī)床本身要求是絕緣狀態(tài)，所以通過中間加裝絕緣板和絕緣螺絲來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)銑刀接觸工件時(shí)，將產(chǎn)生INT1信號，把INT1信號接到PLC的外部中斷點(diǎn)就能在此時(shí)進(jìn)入中斷程序。

2.3.2 PLC中斷程序的設(shè)計(jì)

圖2 PLC中斷程序的模塊

PLC進(jìn)入中斷后修改進(jìn)刀脈沖，將新計(jì)數(shù)放入地址D506中并關(guān)閉中斷觸發(fā)條件。銑刀將按照D506地址中的數(shù)值重新控制深度。

3 結(jié)語

（1）通過研究，實(shí)現(xiàn)了測量和去重在同一工位完成的功能，避免了工件重復(fù)搬運(yùn)，大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了人力資源。另外，一體化的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備落地就可以工作的性能，省略了安裝調(diào)試過程，在使用過程中也可隨時(shí)搬運(yùn)移動(dòng)，不需重新調(diào)整。

（2）利用PLC代替以往的工業(yè)計(jì)算機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，擺脫設(shè)備對環(huán)境的高要求，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，降低了功耗，大幅度縮減了測量系統(tǒng)的體積。

（3）開門信號和外部輸入中斷的應(yīng)用解決了因?yàn)楣ぜ庸ふ`差造成的去重不準(zhǔn)確問題，提高了一次去重精度。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，利用新技術(shù)使單個(gè)工件銑削循環(huán)平均周期在45s左右，時(shí)間縮短5～10s，一次去重率達(dá)到98%，去重率提高5%左右。

［1］劉健，潘雙夏.全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)去重建模與智能規(guī)劃［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2005（7）：1－4.

［2］左軍.汽車法蘭自動(dòng)化動(dòng)平衡機(jī)的研制［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2006：51－52.

［3］張玉柱.二工位動(dòng)平衡自動(dòng)校正一體化系統(tǒng)的研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2005：3－5.

［4］武二永.基于PLC總線的動(dòng)平衡自動(dòng)校正系統(tǒng)的研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2004：7－8.