外圓磨床改造軸承滾子專機

杜德民

摘 要：遼寧省瓦房店市曾被譽為軸承之鄉(xiāng)，是一個以軸承為支柱產業(yè)的城市，一直來為我國工業(yè)建設做出過很大的貢獻。近年來隨著外圍軸承生產廠家的激增，軸承利潤空間不斷縮減，同時人口老齡化造成的用工荒也使人工費用不斷上漲。軸承生產企業(yè)若不革新，必將被淘汰。利用自動化技術，在盡可能小的投入前提下，提升設備的自動化性能，減少對工人的依賴成了解決這一難題的一個很好的突破口。

關鍵詞：外圓磨；滾子軸承；自動化

中圖分類號：TG581 文獻標識碼：A

0.引言

在軸承行業(yè)里，大都用外圓磨床加工軸承滾子，而周邊很多廠的外圓磨相當老舊，生產效率低下，其中一個廠家聯系我對該廠的老式M115外圓磨進行升級改造，以提高效率、降低成本。

1.工程實例介紹

本次改造的設備為M115型外圓磨床，主要用于磨削圓柱形和圓錐形零件的外圓，該機床的外磨砂輪、工件頭架、油泵及冷卻，均以單獨的電機驅動，工作臺縱向運動，可由液壓驅動，也可用手輪搖動，砂輪架橫向快速進退由液壓驅動，其進給運動由手輪機構實現。這樣的結構必然導致機床對操作工的依賴性，在加工過程中操作工手動上料、快進、對刀直至磨削完畢卸料，幾乎寸步不離，勞動量非常大。

2.工程分析與計劃

一般來說設備自動化改造升級有兩個方向。一是所謂“數控化”改造，暨增加數控系統(tǒng)和相關的伺服驅動機構，使其升級為數控機床；二是所謂“伺服化”改造，就是把原來繁雜的機械傳動鏈改為先進的電氣化傳動鏈。而針對本次改造的設備來說，“數控化”投資過大，針對操作工的要求也高了很多，而“伺服化”的方案又相對簡單，除了稍微減輕了一點勞動量以外，幾乎沒有什么新意。

經過研究，最終選擇了一個折中的方案，暨保留原設備主體結構不變，工作臺縱向由于該設備主要用于滾子加工，縱向動作非常少，因此仍沿用原有的液壓加手輪的操作方式不做改變。液壓及潤滑系統(tǒng)過于陳舊，升級改造為獨立液壓站。頭架部分增加了一個液壓頂桿，用于自動下料。砂輪驅動電機更換為變頻電機，即節(jié)能又可滿足不同工藝要求。砂輪橫向運動改為滾珠絲杠加伺服驅動，并相應增加了直線導軌。設備安裝了自動上料機構和砂輪自動修整機構。重點是整機動作由一塊PLC單元進行控制，開放式參數界面可由設備管理人員通過HMI設置。既節(jié)約了成本又能提高加工精度與加工效率。

3.設備結構及邏輯關系

如圖1為設備結構示意圖，M21為液壓站電機，M22為潤滑泵電機，M23為砂輪變頻電機，M24為工件頭架電機，M25為下料傳送帶電機，M31為砂輪橫向移動伺服電機。懸臂懸掛操作站可水平旋轉，方便對刀和修整，觸摸屏安裝再操作站上，通過它可以更改參數和監(jiān)視設備狀態(tài)。

當電源啟動，觸摸屏及PLC相繼啟動，PLC啟動成功，且急停信號未被出發(fā)，則伺服動力電源啟動。SB0為急停按鈕，若發(fā)生緊急故障后將其按下，除油泵電機M21及工件電磁鐵MG20外的所有電源立即斷電停止。只有當故障排除后，手動旋開SB0解鎖，并按復位鍵SB3后，設備方可正常工作。SA1啟動油泵，在油壓報警SP1不報警及油泵電機過載不報警時M21工作。SA2啟動砂輪電機，在砂輪電機過載不報警時M23由變頻器控制工作；砂輪工作同時啟動磨削液電機M22。SA3啟動頭架電機M24（KA02）。

通過SA4旋鈕可啟動傳送帶電機M25（KA06）。通過觸摸屏潤滑時間、潤滑次數參數設定潤滑啟動時間及次數驅動KA10工作。通過觸摸屏上下料鈕控KA10和KA11工作，按下上料鈕KA10吸合，機械手上料到B4觸發(fā)后勵磁KA7啟動，KA10斷開，機械手回退，至B5回退到位。按觸摸屏下料鈕KA11吸合，同時勵磁KA7失電，機械手下料，至B6時KA11斷電，機械手返回到B7下料結束。上下料互鎖。上料不結束不得下料，下料不結束不得上料，觸摸屏報警“機械手不在上料待機位”或“機械手不在下料待機位”。或者可以在頭架轉動后按自動啟動鈕SB1，機械手自動上料，上料復位后按城市磨削，規(guī)定任務結束后，機械手自動下料，下料復位后繼續(xù)上料，直至工件計數位無法探測到工件為止。報告“料斗內無工件”。按觸摸屏砂輪修整按鈕（保持），在砂輪啟動前提下，修整啟動，KA14先吸合，金剛筆左旋，至B2后KA14斷開，KA15吸合，金剛筆右旋，至B3后KA15斷開，KA14吸合，繼續(xù)左旋，以此循環(huán)。直至再次按砂輪修整按鈕解鎖。若在B2位置啟動則直接右旋。機床首次使用需手動示教，按觸摸屏初始化鈕，手動將金剛筆對準砂輪中線，手動調節(jié)金剛筆修整半徑，適當調整砂輪零點B9并固定。按觸摸屏“砂輪回退”按鈕，伺服電機M31拖動砂輪軸回退至B9，砂輪停止回退動作，記憶當前位置為“0”，觸摸屏提醒“請用手輪對刀”，啟動砂輪旋轉同時啟動磨削液，觸摸屏上選擇“1毫米”或“1微米”鈕令手輪使能，右旋手輪，每刻度1毫米或1微米，直至砂輪與金剛筆接觸，按修整按鈕開始修整砂輪，同時慢搖手輪控制砂輪動作，記錄數據為正，直至修整達到要求，在屏幕上按“修整位置記憶”按鈕，機床將當前正數字記錄為初始修整位置。

修整完畢后初次使用砂輪需人工對刀。在示教屏幕內按“砂輪前進”，M31拖動砂輪向負向移動，手動調節(jié)B8到恰當位置位置后固定，砂輪移動到B8停止，提示“請用手輪對工件”，對刀前提是有工件且工件旋轉，砂輪旋轉。對刀完畢后按“對刀位置記憶”，機床將當前負數字記錄為初始加工位置。

初始化之后，進入參數設置頁面，設置“定位速度”用于確定快進或快退的速度，“修整速度”用于確定自動修正時砂輪的移動速度，“修整量”用于確定每次修整的切削量，修整后數據需補償到對刀值和修整位置值中去，“修整頻度”用于確定加工幾個件后需要修整，“磨削速度”用于磨削時的進給速度，“磨削量”用于確定磨削工件量?！跋牧俊睘槊考庸?個工件砂輪的磨損，需在加工下一個工件時自動補償到對刀位置中去，累計值也要補償到修整位置值中?！凹庸ぜ怠庇糜诘褂嫾庸すぜ盗?，倒計為0時停止加工，以上數據關電仍保存。工件自動上料，砂輪由B8位置朝負方向運行，依設定速度磨削至設定量后快退至B8，機械手自動下料，下料結束后自動上料，重復上述過程；到達修整頻度數量后，自動退回到修整位置，修去一個修整量。修整量需計入補償。

4.系統(tǒng)結構及伺服控制

本設備上位機為臺達公司的DVP系列PLC，前端配DOP系列觸摸屏作為人機界面，由A2驅動器控制一臺ECMA電機拖動砂輪橫向運動，結構如圖2所示。

PLC與伺服之間用422通信，通過調用伺服內部指令進行快速動作，如圖3所示。

5.改造總結

設備改造后客戶非常滿意，后續(xù)陸續(xù)改造多臺，在實際生產過程中可以實現一個操作工同時看管至少兩臺機器，加之設備本身性能優(yōu)于改造前，該廠滾子生產效率大幅提升，為該企業(yè)創(chuàng)造了可觀的效益，至今改造后設備已經正常使用近兩年多，運行十分穩(wěn)定。在此還要特別感謝機械技師陳中洪及臺達工程師任家利對設備改造提出的中肯建議。

參考文獻

[1]李伯民，趙波.現代磨削技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.