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淺談基于磨床的典型結(jié)構(gòu)工藝的分析與研究

2011-12-13 14:00    【  【打印】【我要糾錯】

  摘要:文章以M224半自動內(nèi)圓磨床為研究對象,采用“人機(jī)界面+PLC+交流伺服”的硬件實現(xiàn)方案,對磨床徑向工作臺(X軸)進(jìn)行了數(shù)控化改造;采用PLC通訊控制變頻器的方案實現(xiàn)了對砂輪主軸的控制;并且對工件主軸、冷卻泵的原控制方案進(jìn)行了改進(jìn)。實際使用情況表明,改造后大大簡化了機(jī)床的結(jié)構(gòu),提高了機(jī)床的定位精度,并使機(jī)床具有了良好的操作性能。

  關(guān)鍵詞:內(nèi)圓磨床;人機(jī)界面;數(shù)控改造

  內(nèi)圓磨床主要用于機(jī)械零件的內(nèi)孔加工,是機(jī)械工業(yè)中的重要工藝裝備。老式內(nèi)圓磨床進(jìn)給大多采用液壓和機(jī)械聯(lián)合進(jìn)給模式,以M224半自動內(nèi)圓磨床為例,該型號磨床是幾十年前引進(jìn)蘇聯(lián)技術(shù)生產(chǎn)的,整機(jī)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。八十年代按照國家淘汰高能耗電機(jī)要求,工廠對磨床電控系統(tǒng)進(jìn)行了改造,用變頻器取代了中頻發(fā)電機(jī)組,降低了機(jī)床能耗,但機(jī)械結(jié)構(gòu)改動較少并一直沿用至今。由于該磨床是計劃經(jīng)濟(jì)時代的產(chǎn)物,而且有幾十年的生產(chǎn)歷史,所以國內(nèi)用戶相當(dāng)龐大。近幾年,很多M224磨床返廠大修,在當(dāng)今機(jī)床數(shù)控化的大環(huán)境下,很多客戶對磨床提出了數(shù)控化改造要求。

  1 方案確定

  M224磨床是由液壓、機(jī)械、電氣聯(lián)合控制的半自動內(nèi)圓磨床,具有手動、電感、塞規(guī)、定程四種測量方式,機(jī)床的所有動作靠三個電磁閥切換液壓油路實現(xiàn),電控線路是典型的繼電接觸控制線路。機(jī)床的縱向工作臺由往復(fù)油缸驅(qū)動,通過行程開關(guān)、撥叉等位置的調(diào)節(jié)和控制變向?qū)崿F(xiàn)機(jī)床的縱向往復(fù);機(jī)床的徑向工作臺靠進(jìn)給油缸驅(qū)動,進(jìn)給油缸上部裝有進(jìn)給變速箱,通過齒條齒輪傳遞及凸輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn)機(jī)床的變速進(jìn)給。

  受機(jī)床床身結(jié)構(gòu)限制,縱向工作臺無法采用伺服驅(qū)動方案,因此保持原液壓驅(qū)動方案不變。機(jī)床徑向工作臺上部的進(jìn)給箱里面裝配的零件多達(dá)70多個,是故障多發(fā)部位,而且進(jìn)給箱結(jié)構(gòu)緊湊,維修時很不方便,因此對徑向工作臺采用伺服驅(qū)動的控制方案改造。由于伺服系統(tǒng)具有很好的重復(fù)定位精度 ,本技術(shù)改造方案去掉了電感和塞規(guī)測量工作方式,僅保留了手動和定程(半自動)兩種工作方式。

  2 方案實施

  2.1 PLC.人機(jī)界面選擇

  根據(jù)內(nèi)圓磨床磨削加工的工藝特點(diǎn),確定機(jī)床伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量為0.1 m.由于M224磨床最大磨削孔徑為40mm,在磨削加工時砂輪與工件之間有超過20mm的空刀量,為了不影響加工效率,設(shè)計要求PLC的脈沖輸出頻率不低于100KHz.經(jīng)選擇采用了臺達(dá)EH2系列可編程序控制器,該系列PLC內(nèi)置200KHz高速脈沖輸出模塊、RS485通訊接口,具有直線/圓弧插補(bǔ)功能,最低脈沖輸出頻率為10Hz,配合導(dǎo)程為5mm的滾珠絲杠,徑向工作臺(X軸)最低運(yùn)動速度為0.06mm/min,最高運(yùn)行速度為1200mm/min,完全滿足內(nèi)圓磨床加工時的工藝要求。

  選擇臺達(dá)A系列5.7“單色觸摸屏作為人機(jī)界面,人機(jī)界面與PLC通過RS232接口相連,通過觸摸屏可以輸入各種磨削工藝參數(shù),可以在屏上設(shè)計觸摸按鍵以節(jié)省PLC輸入點(diǎn),可以實時顯示磨床的工作狀態(tài)。

  2.2 工件主軸控制

  工件軸通過一臺0.55KW/1.1KW 雙速三相異步電動機(jī)驅(qū)動,改造前通過操縱面板上上的LW6-3/B093萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)切換高低速度。由于轉(zhuǎn)換開關(guān)上有九對觸點(diǎn),時間一長容易出現(xiàn)觸點(diǎn)間接觸不良故障,導(dǎo)致電機(jī)缺相。改造后用兩個接觸器KM2、KM3代替萬能轉(zhuǎn)換開關(guān),在新的操縱面板上設(shè)計一個三擋位轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1來切換高低轉(zhuǎn)速。

  2.3 砂輪主軸控制

  M224磨床使用一臺3.7KW 惠豐變頻器驅(qū)動電主軸作為砂輪主軸,變頻器型號為F1000-M0037T3B.改造前變頻器裝在電器柜外面,通過三線式端子控制變頻器的啟動和停止,通過變頻器面板手動調(diào)整變頻器輸出頻率。改造后重新設(shè)計了電器柜,將變頻器裝入電器柜內(nèi)部,操作者不能直接接觸到變頻器面板。為了使操作者使用方便,改造后采用通訊方式控制變頻器啟動和停止 .變頻器和PLC通過RS485通訊口相連,通過人機(jī)界面輸入變頻器工作頻率,通過觸摸屏上的觸摸鍵控制變頻器的啟動和停止,在觸摸屏上可實時顯示變頻器工作電流、電壓、故障代碼等參數(shù)。

  2.4 冷卻泵控制

  改造前M224磨床只有一個冷卻泵,冷卻液經(jīng)水閥后分為兩路,一路給砂輪主軸冷卻用,一路在磨削時冷卻工件。由于兩路共用同一個水箱,磨削產(chǎn)生的鐵屑混入冷卻液后,會造成砂輪主軸冷卻水路堵塞而影響砂輪主軸的正常使用。改造后,取消水閥,增加了一個冷卻泵,工件冷卻水箱與砂輪主軸冷卻水箱各自獨(dú)立,互不干擾。

  2.5 液壓系統(tǒng)

  改造前,M224磨床是靠三個電磁閥切換油路控制杠桿、修整器、行程閥、往復(fù)油缸、進(jìn)給油缸等機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)工作臺快速進(jìn)退、往復(fù),砂輪修整,粗進(jìn)給,精進(jìn)給和無進(jìn)給磨(包括粗光磨和精光磨)。改造后,由于徑向液壓進(jìn)給系統(tǒng)被伺服進(jìn)給系統(tǒng)取代,相應(yīng)的取消了進(jìn)給電磁閥,而且堵住了機(jī)床配流板上進(jìn)給油缸所接油路。這樣處理之后,夾具液壓松緊油路受到影響而不能使用。所以,對于使用液壓夾具鎖緊工件的機(jī)床必須另外加裝一個電磁閥,控制夾具的松緊。電磁閥進(jìn)油孔接在機(jī)床減壓閥之后,出油孔接工件主軸箱的進(jìn)油套。

  2.6 絕對坐標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)成

  改造后的電控系統(tǒng)以臺達(dá)DVP-32EH00T2可編程序控制器為控制核心,選用三菱MR-J2S-60A伺服驅(qū)動器、三菱HC-SFS52伺服電機(jī)構(gòu)成伺服驅(qū)動系統(tǒng)。伺服電機(jī)編碼器上采用了17位絕對位置編碼器,分辨率達(dá)到131072脈沖/轉(zhuǎn),具有很高的精度控制能力。只要在伺服驅(qū)動器上加裝電池,就能構(gòu)成絕對坐標(biāo)系統(tǒng)。絕對坐標(biāo)系統(tǒng)接線圖見圖2.在系統(tǒng)聯(lián)機(jī)時,要將PLC與伺服驅(qū)動器的電源輸入設(shè)定為同時或伺服驅(qū)動器電源先啟動,以免絕對位置數(shù)據(jù)傳輸異常導(dǎo)致伺服報警。

  3 結(jié)束語

  經(jīng)過數(shù)控化改造后的M224半自動內(nèi)圓磨床, 軸重復(fù)定位精度在2 m以內(nèi),加工出的產(chǎn)品5O件內(nèi)的尺寸分散在15m以內(nèi)。經(jīng)湖北三環(huán)汽車方向機(jī)有限公司等單位使用,改造后機(jī)床性能穩(wěn)定,操作方便,改造達(dá)到了預(yù)期效果。

  參考文獻(xiàn):

  [1]楊濤,王啟江,康海霞,等,基于PLC繞線機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計[J],組合機(jī)床與自動化加工技術(shù),2009(8):58-59

  羅永順,普通機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計中關(guān)鍵問題的研究[J],機(jī)床與液壓,2007(6):193-195

責(zé)任編輯:棋雯
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