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分析与研究磨床的典型结构工艺-丹阳上元教育

来源:上元教育   【上元教育:技能改变命运,上元成就未来】   2011/9/29
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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*等位置的调节和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。
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*等位置的调节和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0.1 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0.06mm/min,最高运行速度为1200mm/min,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0.55KW/1.1KW 双速三相异步电动机驱动,改造前通过操纵面板上上的LW6-3/B093万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。

编辑:吴老师  

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