浅谈基于磨床的典型结构工艺的分析与研究.doc

1、浅谈基于磨床的典型结构工艺的分析与研究摘要：文章以 M224半自动内圆磨床为研究对象，采用“人机界面+PLC+交流伺服”的硬件实现方案，对磨床径向工作台(X 轴)进行了数控化改造；采用 PLC通讯控制变频器的方案实现了对砂轮主轴的控制；并且对工件主轴、冷却泵的原控制方案进行了改进。实际使用情况表明，改造后大大简化了机床的结构，提高了机床的定位精度，并使机床具有了良好的操作性能。 关键词：内圆磨床；人机界面；数控改造 内圆磨床主要用于机械零件的内孔加工，是机械工业中的重要工艺装备。老式内圆磨床进给大多采用液压和机械联合进给模式，以 M224半自动内圆磨床为例，该型号磨床是几十年前引进苏联技术生产

2、的，整机结构十分复杂。八十年代按照国家淘汰高能耗电机要求，工厂对磨床电控系统进行了改造，用变频器取代了中频发电机组，降低了机床能耗，但机械结构改动较少并一直沿用至今。由于该磨床是计划经济时代的产物，而且有几十年的生产历史，所以国内用户相当庞大。近几年，很多 M224磨床返厂大修，在当今机床数控化的大环境下，很多客户对磨床提出了数控化改造要求。 1 方案确定 M224磨床是由液压、机械、电气联合控制的半自动内圆磨床，具有手动、电感、塞规、定程四种测量方式，机床的所有动作靠三个电磁阀切换液压油路实现，电控线路是典型的继电接触控制线路。机床的纵向工作台由往复油缸驱动，通过行程开关、拨叉等位置的调节和

3、控制变向实现机床的纵向往复；机床的径向工作台靠进给油缸驱动，进给油缸上部装有进给变速箱，通过齿条齿轮传递及凸轮机构实现机床的变速进给。 受机床床身结构限制，纵向工作台无法采用伺服驱动方案，因此保持原液压驱动方案不变。机床径向工作台上部的进给箱里面装配的零件多达 70多个，是故障多发部位，而且进给箱结构紧凑，维修时很不方便，因此对径向工作台采用伺服驱动的控制方案改造。由于伺服系统具有很好的重复定位精度 ，本技术改造方案去掉了电感和塞规测量工作方式，仅保留了手动和定程(半自动)两种工作方式。 2 方案实施 2.1 PLC、人机界面选择 根据内圆磨床磨削加工的工艺特点，确定机床伺服系统脉冲当量为0.

4、1 m。由于 M224磨床最大磨削孔径为 40mm，在磨削加工时砂轮与工件之间有超过 20mm的空刀量，为了不影响加工效率，设计要求 PLC的脉冲输出频率不低于 100KHz。经选择采用了台达 EH2系列可编程序控制器，该系列 PLC内置 200KHz高速脉冲输出模块、RS485 通讯接口，具有直线圆弧插补功能，最低脉冲输出频率为 10Hz，配合导程为 5mm的滚珠丝杠，径向工作台(X 轴)最低运动速度为 0.06mmmin，最高运行速度为1200mmmin，完全满足内圆磨床加工时的工艺要求。 选择台达 A系列 5.7”单色触摸屏作为人机界面，人机界面与 PLC通过RS232接口相连，通过触摸

5、屏可以输入各种磨削工艺参数，可以在屏上设计触摸按键以节省 PLC输入点，可以实时显示磨床的工作状态。 2.2 工件主轴控制 工件轴通过一台 0.55KW1.1KW 双速三相异步电动机驱动，改造前通过操纵面板上上的 LW6-3B093 万能转换开关切换高低速度。由于转换开关上有九对触点，时间一长容易出现触点间接触不良故障，导致电机缺相。改造后用两个接触器 KM2、KM3 代替万能转换开关，在新的操纵面板上设计一个三挡位转换开关 SA1来切换高低转速。 2.3 砂轮主轴控制 M224 磨床使用一台 3.7KW 惠丰变频器驱动电主轴作为砂轮主轴，变频器型号为 F1000-M0037T3B。改造前变频

6、器装在电器柜外面，通过三线式端子控制变频器的启动和停止，通过变频器面板手动调整变频器输出频率。改造后重新设计了电器柜，将变频器装入电器柜内部，操作者不能直接接触到变频器面板。为了使操作者使用方便，改造后采用通讯方式控制变频器启动和停止 。变频器和 PLC通过 RS485通讯口相连，通过人机界面输入变频器工作频率，通过触摸屏上的触摸键控制变频器的启动和停止，在触摸屏上可实时显示变频器工作电流、电压、故障代码等参数。2.4 冷却泵控制改造前 M224磨床只有一个冷却泵，冷却液经水阀后分为两路，一路给砂轮主轴冷却用，一路在磨削时冷却工件。由于两路共用同一个水箱，磨削产生的铁屑混入冷却液后，会造成砂轮

7、主轴冷却水路堵塞而影响砂轮主轴的正常使用。改造后，取消水阀，增加了一个冷却泵，工件冷却水箱与砂轮主轴冷却水箱各自独立，互不干扰。2.5 液压系统改造前，M224 磨床是靠三个电磁阀切换油路控制杠杆、修整器、行程阀、往复油缸、进给油缸等机构来实现工作台快速进退、往复，砂轮修整，粗进给，精进给和无进给磨(包括粗光磨和精光磨)。改造后，由于径向液压进给系统被伺服进给系统取代，相应的取消了进给电磁阀，而且堵住了机床配流板上进给油缸所接油路。这样处理之后，夹具液压松紧油路受到影响而不能使用。所以，对于使用液压夹具锁紧工件的机床必须另外加装一个电磁阀，控制夹具的松紧。电磁阀进油孔接在机床减压阀之后，出油孔

8、接工件主轴箱的进油套。2.6 绝对坐标系统构成改造后的电控系统以台达 DVP-32EH00T2可编程序控制器为控制核心，选用三菱 MR-J2S-60A伺服驱动器、三菱 HC-SFS52伺服电机构成伺服驱动系统。伺服电机编码器上采用了 17位绝对位置编码器，分辨率达到131072脉冲转，具有很高的精度控制能力。只要在伺服驱动器上加装电池，就能构成绝对坐标系统。绝对坐标系统接线图见图 2。在系统联机时，要将 PLC与伺服驱动器的电源输入设定为同时或伺服驱动器电源先启动，以免绝对位置数据传输异常导致伺服报警。3 结束语经过数控化改造后的 M224半自动内圆磨床， 轴重复定位精度在 2 m以内，加工出的产品 5O件内的尺寸分散在 15m以内。经湖北三环汽车方向机有限公司等单位使用，改造后机床性能稳定，操作方便，改造达到了预期效果。参考文献：1杨涛，王启江，康海霞，等，基于 PLC绕线机控制系统设计J，组合机床与自动化加工技术，2009(8)：58-59罗永顺，普通机床数控化改造设计中关键问题的研究J，机床与液压，2007(6)：193-195