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轴承知识
轴承磨床的改装
2009-08-26西北第二民族学院 蔡静之
1 机械传动改装分析与设计
以MZ2200Z内套挡边磨床为例，原磨床主运动传动链砂轮主轴、工件主轴及进给运动链均采用机械传动方式，砂轮主轴和工件主轴只能提供几级转速，机械传动链过长，齿轮箱笨重，启动摩擦惯性大。针对机床存在的一些问题，笔者对机械部分进行了以下方面的技术改造:
(1)将用于工件变速的齿轮减速箱拆除，采用变频调速方式实现无级变速：
(2)将原来用于砂轮变速的三级带传动装置拆除，设计安装了中频变频调速电主轴装置：
(3)保持原静压导轨不变，安装内循环紧密滚珠丝杠传动装置，将原有的工作台液压进给和手动砂轮进给机构改造成由数控伺服电机驱动：
(4)将原来手动调节的砂轮修整机构拆除，设计并安装适应PLC 控制的角度修整机构：
(5)将原机床手工上下料方式改为自动检测、机械手上下料：
(6)机床外观采用推拉门半封闭结构。
磨床机械部分改进后，变频调速主轴可提供磨削加工各种直径和材料硬度所需要的转速：砂轮和工件主轴传动链缩短，提高了磨床传动精度、系统刚度和抗振性：由于主轴转速和工件进给量由PLC 统一控制，对砂轮磨损所产生的速度损失可由软件协调控制。
2 电气控制系统的设计
机械传动方式的改变需增加变频器、伺服驱动器：操作面板一部分采用触摸显示屏，控制器选用可靠性高、抗干扰能力强的PLC控制系统，彻底废除原磨床电气控制线路。
(1)电气控制系统
主控元件的选用与配置改造后的机床电气控制系统，硬件配置与结构框图如图1所示。
a.控制系统采用OMRON-C200HE作主控制器，这是机床整个控制系统的核心，一切工作均由它来指挥，根据控制需要配置3块I/0模块、双轴位置控制模块、通信模块和D/A模块。
b.砂轮和工件主轴变频器分别采用TD2000-4T0370G、4T0075G型号，功率为87.5kW、30kW：伺服驱动器采用日本松下MSDA203D1A、2kW，额定转速3000r/min，全闭环式驱动器。砂轮和工件主轴转速调整通过PLC的D/A 模块与VS-616G9型变频器连接，并由系统软件进行恒转速控制。
c.磨削进给由PLC的位置控制模块控制伺服驱动器，伺服驱动器驱动伺服电机—滚珠丝杠—工作台实现进给传动。利用PLC的双轴位置控制模块分别对磨削进给和砂轮修整进给进行控制。
d.选用先进的可编程终端(Programmabie Terminai-PT，型号PWS3100-TFT 作系统控制面板，用随机携带工具软件ADP3开发具有触摸功能的图形化界面，对磨床进行监控和操作，如工艺流程、磨削进度显示、工艺参数设置、键盘模拟和数据存储等功能。
e.采用电磁感应接近开关将机床一些开关量信号送入PLC 控制器。输出部分采用中间继电器进行强电控制。
(2)PLC控制设计
根据轴承内圈挡边磨削工艺过程(流程图如图1) 及磨床的其它电气控制需要，设计了以可编程控制器为核心的控制系统。
以MZ2200Z内套挡边磨床为例，原磨床主运动传动链砂轮主轴、工件主轴及进给运动链均采用机械传动方式，砂轮主轴和工件主轴只能提供几级转速，机械传动链过长，齿轮箱笨重，启动摩擦惯性大。针对机床存在的一些问题，笔者对机械部分进行了以下方面的技术改造:
(1)将用于工件变速的齿轮减速箱拆除，采用变频调速方式实现无级变速：
(2)将原来用于砂轮变速的三级带传动装置拆除，设计安装了中频变频调速电主轴装置：
(3)保持原静压导轨不变，安装内循环紧密滚珠丝杠传动装置，将原有的工作台液压进给和手动砂轮进给机构改造成由数控伺服电机驱动：
(4)将原来手动调节的砂轮修整机构拆除，设计并安装适应PLC 控制的角度修整机构：
(5)将原机床手工上下料方式改为自动检测、机械手上下料：
(6)机床外观采用推拉门半封闭结构。
磨床机械部分改进后，变频调速主轴可提供磨削加工各种直径和材料硬度所需要的转速：砂轮和工件主轴传动链缩短，提高了磨床传动精度、系统刚度和抗振性：由于主轴转速和工件进给量由PLC 统一控制，对砂轮磨损所产生的速度损失可由软件协调控制。
2 电气控制系统的设计
机械传动方式的改变需增加变频器、伺服驱动器：操作面板一部分采用触摸显示屏，控制器选用可靠性高、抗干扰能力强的PLC控制系统，彻底废除原磨床电气控制线路。
(1)电气控制系统
主控元件的选用与配置改造后的机床电气控制系统，硬件配置与结构框图如图1所示。
a.控制系统采用OMRON-C200HE作主控制器，这是机床整个控制系统的核心，一切工作均由它来指挥，根据控制需要配置3块I/0模块、双轴位置控制模块、通信模块和D/A模块。
b.砂轮和工件主轴变频器分别采用TD2000-4T0370G、4T0075G型号，功率为87.5kW、30kW：伺服驱动器采用日本松下MSDA203D1A、2kW，额定转速3000r/min，全闭环式驱动器。砂轮和工件主轴转速调整通过PLC的D/A 模块与VS-616G9型变频器连接，并由系统软件进行恒转速控制。
c.磨削进给由PLC的位置控制模块控制伺服驱动器，伺服驱动器驱动伺服电机—滚珠丝杠—工作台实现进给传动。利用PLC的双轴位置控制模块分别对磨削进给和砂轮修整进给进行控制。
d.选用先进的可编程终端(Programmabie Terminai-PT，型号PWS3100-TFT 作系统控制面板，用随机携带工具软件ADP3开发具有触摸功能的图形化界面，对磨床进行监控和操作，如工艺流程、磨削进度显示、工艺参数设置、键盘模拟和数据存储等功能。
e.采用电磁感应接近开关将机床一些开关量信号送入PLC 控制器。输出部分采用中间继电器进行强电控制。
(2)PLC控制设计
根据轴承内圈挡边磨削工艺过程(流程图如图1) 及磨床的其它电气控制需要，设计了以可编程控制器为核心的控制系统。
图1磨削加工程序流程框图
图2 轴承挡边磨床数控系统硬件框
3 系统软件设计
(1)软件功能模块
系统软件包括两部分：PLC控制程序和PT显示屏画面设计。PLC控制程序用梯形图编制，实现机床润滑、冷却、过滤电机控制，机械手自动检测与上下料，变频调速、磨削过程控制等。用ADP3工具软件设计交互操作功能的人机界面。软件设计突出功能的模块化和适用性，按其功能划分为以下7大模块:
a.磨削加工参数设置模块：
b.砂轮修整参数设置模块：
c.自动磨削加工控制模块：
d.手动调整及手动磨削加工模块：
e.砂轮、工件轴调速控制模块：
f.故障报警显示系统模块：
g.操作系统在线帮助模块。
控制系统用于生产设备应具有可靠性、稳定性和可维护性，软件在PLC 和PT开放环境下开发完成，通用性强，修改和扩充方便，按照系统的控制要求，在设计上着重体现了以下两方面的特点：其一、操作界面友好，形象直观，如磨削进给动态图形显示和操作步骤提示功能。通过PT触摸屏界面可方便地进行参数化设置、修改，并Z大限度地容忍操作错误，杜绝操作事故：其二、PLC 内部设计了“专家”自诊断系统，对控制系统出现故障及时报警并通过PT操作界面显示故障位置及原因，以便操作者能很快处理，减少维修时间，提高工作效率。
(2)保持砂轮磨削线速度恒定的方法
由于机床控制系统仍采用开环控制，对工件磨削过程中砂轮磨损和修整器修整使砂轮直径减小所产生的线速度损失，只能用软件方式进行补偿。保持砂轮磨削线速度恒定是系统程序设计中的一个难点。根据砂轮的半径与转速! 频率* 关系计算出由于砂轮半径的减小所要增加的频率(转速)，PLC控制器将提升频率的信息，由D/A模块传递给变频器进行调速，从而使砂轮转速随着砂轮的半径减小而增大，保证了在磨削加工过程中砂轮的线速度恒定，提高轴承套圈的表面质量。
4 结论
鉴于目前国内一些轴承加工企业经济效益差，购置新设备资金较紧张，因此，对现有旧设备进行技术改造，既节约了设备购置资金，又发挥和挖掘现有设备潜力，同时也提高了生产设备自动化水平和产品质量。《机械制造》
(1)软件功能模块
系统软件包括两部分：PLC控制程序和PT显示屏画面设计。PLC控制程序用梯形图编制，实现机床润滑、冷却、过滤电机控制，机械手自动检测与上下料，变频调速、磨削过程控制等。用ADP3工具软件设计交互操作功能的人机界面。软件设计突出功能的模块化和适用性，按其功能划分为以下7大模块:
a.磨削加工参数设置模块：
b.砂轮修整参数设置模块：
c.自动磨削加工控制模块：
d.手动调整及手动磨削加工模块：
e.砂轮、工件轴调速控制模块：
f.故障报警显示系统模块：
g.操作系统在线帮助模块。
控制系统用于生产设备应具有可靠性、稳定性和可维护性，软件在PLC 和PT开放环境下开发完成，通用性强，修改和扩充方便，按照系统的控制要求，在设计上着重体现了以下两方面的特点：其一、操作界面友好，形象直观，如磨削进给动态图形显示和操作步骤提示功能。通过PT触摸屏界面可方便地进行参数化设置、修改，并Z大限度地容忍操作错误，杜绝操作事故：其二、PLC 内部设计了“专家”自诊断系统，对控制系统出现故障及时报警并通过PT操作界面显示故障位置及原因，以便操作者能很快处理，减少维修时间，提高工作效率。
(2)保持砂轮磨削线速度恒定的方法
由于机床控制系统仍采用开环控制，对工件磨削过程中砂轮磨损和修整器修整使砂轮直径减小所产生的线速度损失，只能用软件方式进行补偿。保持砂轮磨削线速度恒定是系统程序设计中的一个难点。根据砂轮的半径与转速! 频率* 关系计算出由于砂轮半径的减小所要增加的频率(转速)，PLC控制器将提升频率的信息，由D/A模块传递给变频器进行调速，从而使砂轮转速随着砂轮的半径减小而增大，保证了在磨削加工过程中砂轮的线速度恒定，提高轴承套圈的表面质量。
4 结论
鉴于目前国内一些轴承加工企业经济效益差，购置新设备资金较紧张，因此，对现有旧设备进行技术改造，既节约了设备购置资金，又发挥和挖掘现有设备潜力，同时也提高了生产设备自动化水平和产品质量。《机械制造》
