朱成華

( 成都工業(yè)學(xué)院，四川成都611730)

目前，成批磨削圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承的內(nèi)圈道和外圈外圓的磨削工藝是采用兩臺(tái)磨床分別進(jìn)行粗、精磨削。磨床的控制系統(tǒng)采用繼電器進(jìn)行控制，控制部分體積龐大，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，且可靠性不高，經(jīng)常出現(xiàn)故障，磨削工件的功能單一。針對(duì)這種情況，在完成機(jī)械部分改造的基礎(chǔ)上，對(duì)磨床控制系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，將兩臺(tái)磨床的功能集中到一臺(tái)磨床上，實(shí)現(xiàn)粗、精磨一次完成。

1 改進(jìn)后的軸承內(nèi)圈滾道磨床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與功能

改進(jìn)后的軸承內(nèi)圈滾道磨床主要由床身、進(jìn)給手輪、工作臺(tái)、位置行程擋塊、砂輪修正器、托板、磨頭和驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)手輪等組成。機(jī)床工作臺(tái)可變速手動(dòng)和液壓無級(jí)傳動(dòng);砂輪架橫進(jìn)給可手動(dòng)和切入半自動(dòng)循環(huán);砂輪架可液壓快速進(jìn)退;砂輪半自動(dòng)修整和自動(dòng)補(bǔ)償;頭架上裝有無心夾具，液壓控制的上下料機(jī)械手取下加工好的工件，此時(shí)無心夾具上磁，將工件夾牢。工件卡盤由電機(jī)帶動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)自動(dòng)量?jī)x的側(cè)爪也由液壓控制轉(zhuǎn)進(jìn)工件內(nèi)部張開，隨時(shí)監(jiān)測(cè)軸承內(nèi)圈的內(nèi)徑。架頭除了作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，還由液壓部分控制作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即作水平方向的運(yùn)動(dòng)。磨架裝在工作臺(tái)上，工作臺(tái)由液壓控制作縱向運(yùn)動(dòng)。這種縱向運(yùn)動(dòng)也分兩種情況:工作臺(tái)快速進(jìn)入工件及工作臺(tái)以磨速作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)磨削完一個(gè)工件之后頭架跳出，工作臺(tái)快速返回。為了保證精磨的質(zhì)量，砂輪在粗磨后安排一次砂輪修整。此時(shí)工作臺(tái)以修整速度右行，砂輪修整器倒下，工作臺(tái)以磨削速度左行，讓砂輪修整器上的金鋼筆修磨砂輪。完畢后修整器抬起，繼續(xù)精磨。為了提高工件光潔度，在精磨完后還安排一次無進(jìn)給的光磨，尺寸未到、則進(jìn)行微量補(bǔ)償進(jìn)給。

2 改進(jìn)后磨床的運(yùn)行形式及控制要求

磨床共有5 臺(tái)電動(dòng)機(jī)，砂輪電機(jī)是主要運(yùn)動(dòng)電機(jī)，直接帶動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)，對(duì)工件磨削加工。磨削加工時(shí)，由頭架和尾架把工件心軸頂緊，頭架電機(jī)旋動(dòng)頭架帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，由于加工工件的直徑大小及精磨、粗磨要求的不同，通過調(diào)節(jié)頭架頂頭的轉(zhuǎn)速來滿足。冷卻電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)冷卻泵供給工件冷卻液，同時(shí)利用冷卻液帶走磨下的鐵屑。油泵電機(jī)供給各部件潤(rùn)滑油。

磨床的控制要求為砂輪電機(jī)、冷卻泵電機(jī)、頭架電機(jī)、油泵電機(jī)都只作單方向旋轉(zhuǎn);砂輪電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不要求調(diào)速，由一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)即可;電磁吸盤應(yīng)有吸牢工件的正向勵(lì)磁，松開工件的斷開勵(lì)磁，以及抵消剩磁，便于取下工件的反方向勵(lì)磁控制環(huán)節(jié);為保證加工精度，使其運(yùn)行平穩(wěn)，要供給各部件潤(rùn)滑油;滿足加工工件的直徑大小、磨削精度的要求、要求頭架電機(jī)的轉(zhuǎn)速能調(diào)節(jié);保護(hù)環(huán)節(jié)應(yīng)包括各電路的短路保護(hù)、電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)、電磁吸盤不足的零電壓保護(hù)等;必要的信號(hào)指示及照明。

3 磨床控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)工件工藝的要求，控制系統(tǒng)設(shè)定了手動(dòng)、自動(dòng)、粗磨、精磨、無進(jìn)給磨削，定時(shí)等方案。手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)不起作用，系統(tǒng)通過操作面板上不同的手動(dòng)控制按鈕來完成各道工序;當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，按下啟動(dòng)信號(hào)，PLC 則按預(yù)先設(shè)計(jì)的符合工藝要求的程序運(yùn)行。粗磨階段、精磨、無進(jìn)給磨削階段:主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)。選用PLC 對(duì)無進(jìn)給磨削定時(shí)進(jìn)行控制，工件加工時(shí)間可根據(jù)工藝要求選擇不同的磨削時(shí)間。PLC 控制系統(tǒng)的I/O 分配如表1 所示。

表1 改進(jìn)后磨床的PLC 控制系統(tǒng)I/O 分配表

3.1 磨床主電路設(shè)計(jì)

磨床的主電路如圖1 所示。

3.2 磨床PLC 控制電路設(shè)計(jì)

磨床PLC 控制電路如圖2 所示。主電源線經(jīng)端子接入電箱并通過總開關(guān)QS1 及總?cè)蹟嗥鞴┙o機(jī)床電源，在各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成并檢查配線可靠無誤后，應(yīng)先接通外部供電電源，然后閉合機(jī)床電箱的總電源開關(guān)QS1，這時(shí)操作臺(tái)上的電源指示燈應(yīng)亮。首先按動(dòng)操作臺(tái)上的按鈕SB3，接觸器KM5 吸合，油泵電機(jī)M3 起動(dòng);供給機(jī)床各部件潤(rùn)滑油，然后通過旋鈕SA1 選擇工作方式即手動(dòng)半自動(dòng)。

在方式確定之后，開始裝工件。3M2150 裝工件時(shí)，在頭架為停止的狀態(tài)時(shí)，踩壓腳踏板，松開工件夾緊裝置，裝入工件，再松開踏板，這時(shí)工件應(yīng)被夾緊，在頭架旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，腳踏板將不起任何作用。在手動(dòng)方式下按下SB3，降壓起動(dòng)砂輪電機(jī)M1。頭架電機(jī)M2 可以通過SA4 選擇3 種速度，其速度確定后按壓SB5 使砂輪架快進(jìn)并使冷卻泵M4 起動(dòng)。

圖1 磨床的主電路如圖

圖2 磨床PLC 控制電路原理圖

在手動(dòng)狀態(tài)下，即SA1 在調(diào)整方式，切入缸進(jìn)行到底，此時(shí)手動(dòng)搖橫進(jìn)給機(jī)構(gòu)可進(jìn)行磨削，到尺寸后退手輪按SB4 砂輪架快退，完成一個(gè)循環(huán)，此時(shí)可適當(dāng)調(diào)整SQ1 為半自動(dòng)磨削做好準(zhǔn)備。在半自動(dòng)方式下首先將SA1 選到半自動(dòng)位置，切入缸復(fù)位，這時(shí)按SB14 砂輪可快進(jìn)，壓合SQ1、YV2 和YV3 吸合開始粗磨，擋鐵壓合SQ2 釋放YV3，機(jī)床粗磨轉(zhuǎn)精磨，壓合SQ3 后，YV2 釋放，機(jī)床由精磨轉(zhuǎn)無進(jìn)給磨削。無進(jìn)給磨削時(shí)間可用SA1 來選擇。共分三擋:10 s、20 s、30 s;當(dāng)延遲時(shí)間到后，砂輪架快退，切入缸退回直到壓合行程開關(guān)SQ4 后停止，取下工件，此時(shí)為一個(gè)半自動(dòng)循環(huán)結(jié)束。修整砂輪只有在砂輪架后退位置進(jìn)行，按下按鈕SB10，電磁閥YV5 得電，開始修整，當(dāng)壓合行程開關(guān)SQ5 或按下按鈕SB9 時(shí)，修整結(jié)束，修整器退回，在整個(gè)修整過程中指示燈HL5 亮，結(jié)束后滅。機(jī)床在磨削過程中，分別在粗磨階段、精磨階段、無進(jìn)給磨削階段指示燈HL2、HL3、HL4 分別亮。

3.3 電磁吸盤電路設(shè)計(jì)

電磁吸盤是固定加工工件的一種夾具，利用通電導(dǎo)體在鐵心中產(chǎn)生的磁場(chǎng)吸牢鐵磁材料的工件，以便加工。它與機(jī)械夾具相比，有夾緊迅速、不傷工件、一次能吸牢多個(gè)小工件，以及工件發(fā)熱后可以自由伸縮等特點(diǎn)。電磁吸盤在磨床上使用十分廣泛。保護(hù)裝置由放電電阻R 和電容C 以及零壓繼電器KA 組成。R、C 組成放電回路，吸收電磁吸盤YH 線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)。零壓繼電器KA保證了當(dāng)電源電壓不足而使電磁吸盤吸不牢工件時(shí)，砂輪電動(dòng)機(jī)和頭架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，以免導(dǎo)致工件被砂輪打出的事故。

圖3 電磁吸盤接線圖

4 PLC 控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

限于篇幅，只列出磨床機(jī)構(gòu)動(dòng)作循環(huán)，以此作為PLC 梯形圖編寫思路，磨床動(dòng)作循環(huán)如圖4 所示，粗精自動(dòng)切入工作循環(huán)圖如圖5 所示，對(duì)具體梯形圖不作贅述。

圖4 磨床動(dòng)作循環(huán)圖

圖5 粗精自動(dòng)轉(zhuǎn)換工作循環(huán)圖

5 結(jié)論

經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，改進(jìn)后的磨床大大提高了圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承的內(nèi)圈道和外圈外圓的磨削效率，降低了成本，且實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)與自動(dòng)控制方式選擇，操作方便。采用PLC 控制去掉了原磨床的中間繼電器，時(shí)間繼電器等，使線路簡(jiǎn)化，維修方便，提高了系統(tǒng)的可靠性。

【1】朱成華，許先果，劉擁軍，等.基于PLC 的汽車曲軸支承座砂帶研磨機(jī)的研制［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2004(12):3－34.

【2】朱成華，王付軍，王飛.顱骨快速柔性無模成型系統(tǒng)的研究［J］.機(jī)床與液壓，2009，37(1):49 －51.

【3】朱成華.三坐標(biāo)機(jī)測(cè)量機(jī)動(dòng)態(tài)誤差與測(cè)球半徑補(bǔ)償誤差的研究［J］.機(jī)床與液壓，2009，37(4):120 －122.

【4】于松坤，張恕遠(yuǎn)，紀(jì)兆毅，等.螺母擰緊機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與液壓，2009，37(4):117 －119.

【5】王永章.機(jī)床的數(shù)字控制技術(shù)［M］.哈爾濱:哈爾濱大學(xué)出版社，1991.

【61】李明哲.特種成形與連接技術(shù)［M］.北京:高等教育出版社，2005.

【7】楊威.加工自由曲面的機(jī)器人砂帶研磨系統(tǒng)研究［D］.長(zhǎng)春:吉林大學(xué)，2007.

【8】芮延年，傅戈雁.現(xiàn)代可靠性設(shè)計(jì)［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2006.