軸承磨床的改裝
2009-08-26西北第二民族學院 蔡靜之
1 機械傳動改裝分析與設計
以MZ2200Z內套擋邊磨床為例，原磨床主運動傳動鏈砂輪主軸、工件主軸及進給運動鏈均采用機械傳動方式，砂輪主軸和工件主軸只能提供幾級轉速，機械傳動鏈過長，齒輪箱笨重，啟動摩擦慣性大。針對機床存在的一些問題，筆者對機械部分進行了以下方面的技術改造:
(1)將用于工件變速的齒輪減速箱拆除，采用變頻調速方式實現無級變速：
(2)將原來用于砂輪變速的三級帶傳動裝置拆除，設計安裝了中頻變頻調速電主軸裝置：
(3)保持原靜壓導軌不變，安裝內循環緊密滾珠絲杠傳動裝置，將原有的工作臺液壓進給和手動砂輪進給機構改造成由數控伺服電機驅動：
(4)將原來手動調節的砂輪修整機構拆除，設計并安裝適應PLC 控制的角度修整機構：
(5)將原機床手工上下料方式改為自動檢測、機械手上下料：
(6)機床外觀采用推拉門半封閉結構。
磨床機械部分改進后，變頻調速主軸可提供磨削加工各種直徑和材料硬度所需要的轉速：砂輪和工件主軸傳動鏈縮短，提高了磨床傳動精度、系統剛度和抗振性：由于主軸轉速和工件進給量由PLC 統一控制，對砂輪磨損所產生的速度損失可由軟件協調控制。
2 電氣控制系統的設計
機械傳動方式的改變需增加變頻器、伺服驅動器：操作面板一部分采用觸摸顯示屏，控制器選用可靠性高、抗干擾能力強的PLC控制系統，徹底廢除原磨床電氣控制線路。
(1)電氣控制系統
主控元件的選用與配置改造后的機床電氣控制系統，硬件配置與結構框圖如圖1所示。
a.控制系統采用OMRON-C200HE作主控制器，這是機床整個控制系統的核心，一切工作均由它來指揮，根據控制需要配置3塊I/0模塊、雙軸位置控制模塊、通信模塊和D/A模塊。
b.砂輪和工件主軸變頻器分別采用TD2000-4T0370G、4T0075G型號，功率為87.5kW、30kW：伺服驅動器采用日本松下MSDA203D1A、2kW，額定轉速3000r/min，全閉環式驅動器。砂輪和工件主軸轉速調整通過PLC的D/A 模塊與VS-616G9型變頻器連接，并由系統軟件進行恒轉速控制。
c.磨削進給由PLC的位置控制模塊控制伺服驅動器，伺服驅動器驅動伺服電機—滾珠絲杠—工作臺實現進給傳動。利用PLC的雙軸位置控制模塊分別對磨削進給和砂輪修整進給進行控制。
d.選用先進的可編程終端(Programmabie Terminai-PT，型號PWS3100-TFT 作系統控制面板，用隨機攜帶工具軟件ADP3開發具有觸摸功能的圖形化界面，對磨床進行監控和操作，如工藝流程、磨削進度顯示、工藝參數設置、鍵盤模擬和數據存儲等功能。
e.采用電磁感應接近開關將機床一些開關量信號送入PLC 控制器。輸出部分采用中間繼電器進行強電控制。
(2)PLC控制設計
根據軸承內圈擋邊磨削工藝過程(流程圖如圖1) 及磨床的其它電氣控制需要，設計了以可編程控制器為核心的控制系統。
以MZ2200Z內套擋邊磨床為例，原磨床主運動傳動鏈砂輪主軸、工件主軸及進給運動鏈均采用機械傳動方式，砂輪主軸和工件主軸只能提供幾級轉速，機械傳動鏈過長，齒輪箱笨重，啟動摩擦慣性大。針對機床存在的一些問題，筆者對機械部分進行了以下方面的技術改造:
(1)將用于工件變速的齒輪減速箱拆除，采用變頻調速方式實現無級變速：
(2)將原來用于砂輪變速的三級帶傳動裝置拆除，設計安裝了中頻變頻調速電主軸裝置：
(3)保持原靜壓導軌不變，安裝內循環緊密滾珠絲杠傳動裝置，將原有的工作臺液壓進給和手動砂輪進給機構改造成由數控伺服電機驅動：
(4)將原來手動調節的砂輪修整機構拆除，設計并安裝適應PLC 控制的角度修整機構：
(5)將原機床手工上下料方式改為自動檢測、機械手上下料：
(6)機床外觀采用推拉門半封閉結構。
磨床機械部分改進后，變頻調速主軸可提供磨削加工各種直徑和材料硬度所需要的轉速：砂輪和工件主軸傳動鏈縮短，提高了磨床傳動精度、系統剛度和抗振性：由于主軸轉速和工件進給量由PLC 統一控制，對砂輪磨損所產生的速度損失可由軟件協調控制。
2 電氣控制系統的設計
機械傳動方式的改變需增加變頻器、伺服驅動器：操作面板一部分采用觸摸顯示屏，控制器選用可靠性高、抗干擾能力強的PLC控制系統，徹底廢除原磨床電氣控制線路。
(1)電氣控制系統
主控元件的選用與配置改造后的機床電氣控制系統，硬件配置與結構框圖如圖1所示。
a.控制系統采用OMRON-C200HE作主控制器，這是機床整個控制系統的核心，一切工作均由它來指揮，根據控制需要配置3塊I/0模塊、雙軸位置控制模塊、通信模塊和D/A模塊。
b.砂輪和工件主軸變頻器分別采用TD2000-4T0370G、4T0075G型號，功率為87.5kW、30kW：伺服驅動器采用日本松下MSDA203D1A、2kW，額定轉速3000r/min，全閉環式驅動器。砂輪和工件主軸轉速調整通過PLC的D/A 模塊與VS-616G9型變頻器連接，并由系統軟件進行恒轉速控制。
c.磨削進給由PLC的位置控制模塊控制伺服驅動器，伺服驅動器驅動伺服電機—滾珠絲杠—工作臺實現進給傳動。利用PLC的雙軸位置控制模塊分別對磨削進給和砂輪修整進給進行控制。
d.選用先進的可編程終端(Programmabie Terminai-PT，型號PWS3100-TFT 作系統控制面板，用隨機攜帶工具軟件ADP3開發具有觸摸功能的圖形化界面，對磨床進行監控和操作，如工藝流程、磨削進度顯示、工藝參數設置、鍵盤模擬和數據存儲等功能。
e.采用電磁感應接近開關將機床一些開關量信號送入PLC 控制器。輸出部分采用中間繼電器進行強電控制。
(2)PLC控制設計
根據軸承內圈擋邊磨削工藝過程(流程圖如圖1) 及磨床的其它電氣控制需要，設計了以可編程控制器為核心的控制系統。
圖1磨削加工程序流程框圖
圖2 軸承擋邊磨床數控系統硬件框
3 系統軟件設計
(1)軟件功能模塊
系統軟件包括兩部分：PLC控制程序和PT顯示屏畫面設計。PLC控制程序用梯形圖編制，實現機床潤滑、冷卻、過濾電機控制，機械手自動檢測與上下料，變頻調速、磨削過程控制等。用ADP3工具軟件設計交互操作功能的人機界面。軟件設計突出功能的模塊化和適用性，按其功能劃分為以下7大模塊:
a.磨削加工參數設置模塊：
b.砂輪修整參數設置模塊：
c.自動磨削加工控制模塊：
d.手動調整及手動磨削加工模塊：
e.砂輪、工件軸調速控制模塊：
f.故障報警顯示系統模塊：
g.操作系統在線幫助模塊。
控制系統用于生產設備應具有可靠性、穩定性和可維護性，軟件在PLC 和PT開放環境下開發完成，通用性強，修改和擴充方便，按照系統的控制要求，在設計上著重體現了以下兩方面的特點：其一、操作界面友好，形象直觀，如磨削進給動態圖形顯示和操作步驟提示功能。通過PT觸摸屏界面可方便地進行參數化設置、修改，并Z大限度地容忍操作錯誤，杜絕操作事故：其二、PLC 內部設計了“專家”自診斷系統，對控制系統出現故障及時報警并通過PT操作界面顯示故障位置及原因，以便操作者能很快處理，減少維修時間，提高工作效率。
(2)保持砂輪磨削線速度恒定的方法
由于機床控制系統仍采用開環控制，對工件磨削過程中砂輪磨損和修整器修整使砂輪直徑減小所產生的線速度損失，只能用軟件方式進行補償。保持砂輪磨削線速度恒定是系統程序設計中的一個難點。根據砂輪的半徑與轉速! 頻率* 關系計算出由于砂輪半徑的減小所要增加的頻率(轉速)，PLC控制器將提升頻率的信息，由D/A模塊傳遞給變頻器進行調速，從而使砂輪轉速隨著砂輪的半徑減小而增大，保證了在磨削加工過程中砂輪的線速度恒定，提高軸承套圈的表面質量。
4 結論
鑒于目前國內一些軸承加工企業經濟效益差，購置新設備資金較緊張，因此，對現有舊設備進行技術改造，既節約了設備購置資金，又發揮和挖掘現有設備潛力，同時也提高了生產設備自動化水平和產品質量。《機械制造》
(1)軟件功能模塊
系統軟件包括兩部分：PLC控制程序和PT顯示屏畫面設計。PLC控制程序用梯形圖編制，實現機床潤滑、冷卻、過濾電機控制，機械手自動檢測與上下料，變頻調速、磨削過程控制等。用ADP3工具軟件設計交互操作功能的人機界面。軟件設計突出功能的模塊化和適用性，按其功能劃分為以下7大模塊:
a.磨削加工參數設置模塊：
b.砂輪修整參數設置模塊：
c.自動磨削加工控制模塊：
d.手動調整及手動磨削加工模塊：
e.砂輪、工件軸調速控制模塊：
f.故障報警顯示系統模塊：
g.操作系統在線幫助模塊。
控制系統用于生產設備應具有可靠性、穩定性和可維護性，軟件在PLC 和PT開放環境下開發完成，通用性強，修改和擴充方便，按照系統的控制要求，在設計上著重體現了以下兩方面的特點：其一、操作界面友好，形象直觀，如磨削進給動態圖形顯示和操作步驟提示功能。通過PT觸摸屏界面可方便地進行參數化設置、修改，并Z大限度地容忍操作錯誤，杜絕操作事故：其二、PLC 內部設計了“專家”自診斷系統，對控制系統出現故障及時報警并通過PT操作界面顯示故障位置及原因，以便操作者能很快處理，減少維修時間，提高工作效率。
(2)保持砂輪磨削線速度恒定的方法
由于機床控制系統仍采用開環控制，對工件磨削過程中砂輪磨損和修整器修整使砂輪直徑減小所產生的線速度損失，只能用軟件方式進行補償。保持砂輪磨削線速度恒定是系統程序設計中的一個難點。根據砂輪的半徑與轉速! 頻率* 關系計算出由于砂輪半徑的減小所要增加的頻率(轉速)，PLC控制器將提升頻率的信息，由D/A模塊傳遞給變頻器進行調速，從而使砂輪轉速隨著砂輪的半徑減小而增大，保證了在磨削加工過程中砂輪的線速度恒定，提高軸承套圈的表面質量。
4 結論
鑒于目前國內一些軸承加工企業經濟效益差，購置新設備資金較緊張，因此，對現有舊設備進行技術改造，既節約了設備購置資金，又發揮和挖掘現有設備潛力，同時也提高了生產設備自動化水平和產品質量。《機械制造》