普通內(nèi)圓磨床的數(shù)控改造

萬向錢潮股份有限公司 (浙江杭州 311215) 陳建強

在機械行業(yè)中，現(xiàn)階段已經(jīng)大量應(yīng)用了各類數(shù)控機床，極大地降低了工人的勞動強度。由于自動化程度較高，使一人雙機至多機操作成為可能，極大地提高了生產(chǎn)效率。但相當多的機械制造企業(yè)，還有為數(shù)不少早期購入的通用設(shè)備。該類設(shè)備的特點是通用性好，適應(yīng)各類產(chǎn)品的一般加工，但普遍的問題是自動化程度不高，基本上只能手工操作，生產(chǎn)效率也不高。因此，如何對老舊、通用設(shè)備進行自動化改造，是一個很重要的課題，也是提高生產(chǎn)效率，減少設(shè)備投資，充分利用老舊、通用設(shè)備的重要途徑。

1.普通內(nèi)圓磨床使用現(xiàn)狀

普通內(nèi)圓磨床主要用于軸套類機械零件磨削內(nèi)圓，為通用機床，國內(nèi)主要有成都及無錫兩家機床廠在進行生產(chǎn)。該磨床的縱向運動，自動通過液壓(液壓缸推動往復移動)，或手動 (搖動手輪)實現(xiàn)，橫向移動 (切削進給)只能通過搖動進給手輪手動實現(xiàn)。本司使用的普通內(nèi)圓磨床型號為M2110A，用于翼型工程萬向節(jié)總成中的軸承座盲孔內(nèi)底平面的磨削加工 (俗稱打內(nèi)平)。由于系縱向進給磨削，所以無法進行液壓進給 (原裝機床液壓用于移動及精磨內(nèi)圓時的振蕩動作)。故本司20余年來，磨削的方式是拆除液壓聯(lián)接，手動操縱手輪使工作臺縱向進給加工 (手輪內(nèi)的齒軸與固定在工作臺底部的齒條嚙合);尺寸控制是在床身上安裝一只百分表，拖板上裝上撞塊，加工時撞塊與百分表接觸后目視百分表以進行尺寸控制;砂輪磨損后的補償方式，是憑工人的經(jīng)驗在下一件加工時增加幾絲。動作多而繁瑣，工人勞動強度較大，生產(chǎn)效率低。

2.自動 (數(shù)控)改造方案

(1)機械改造方案。進給部分改造方案:由于采用液壓進給機械機構(gòu)比較復雜，而且床身導軌與拖板之間的空間也很狹窄，經(jīng)多方比較，確定采用數(shù)控改造較好，結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)控使用也比較成熟(車間內(nèi)數(shù)控車床上使用較多)的數(shù)控系統(tǒng)，市場上該類數(shù)控系統(tǒng)價格也不高。橫向移動根據(jù)工件規(guī)格大小調(diào)整后即固定不動，因此不必進行改造仍作保留，設(shè)計單軸 (縱向)數(shù)控系統(tǒng)即可。

首先需將拖板與床身內(nèi)的液壓缸拆除，床身上原液壓缸固定平面 (加工面)，作為絲杠軸承座安裝面。經(jīng)測量，根據(jù)空間與長度的實際情況，選用490 mm×20 mm滾珠絲杠作為傳動，里端采用兩只7204向心角接觸球軸承背靠背固定在安裝座上，實現(xiàn)絲杠軸向和里端的徑向定位。外端為混合式步進電動機，在床身外側(cè)固定，步進電動機軸與絲杠軸通過一個自制的聯(lián)軸器實現(xiàn)彈性聯(lián)接 (該聯(lián)軸器一邊徑向加工剖開，固定方式為螺桿擰緊抱緊，軸向距離可依實際略有伸縮)，絲杠后端徑向的定位為步進電動機減速齒輪軸。同時，需將原手動齒輪齒條式傳動機構(gòu)拆除，否則將引起干涉，實際操作中只需拆除工作臺底部的齒條即可，保留外部的操作手輪，以保持磨床外觀的完整性。

圖1 數(shù)控改造機械傳動機構(gòu)示意圖

砂輪修整方案:由于已取消液壓控制，且原有的砂輪修整器只能修整外圓，因此需另配修整器來修整砂輪端面，該裝置通過自行設(shè)計制作一套修整器來解決。砂輪修整負載很輕，因此在設(shè)計時采用氣壓控制來實現(xiàn)砂輪端面的修整。解決的方法是按砂輪中心高等高，自行設(shè)計，委外制作零件，組裝了一套砂輪修整座。其結(jié)構(gòu)為:一個鑄鐵底座，下部固定在磨床工作臺上，上部加工有一個帶鍵槽的φ30 mm的孔，中間配一支同為φ30 mm的軸，外圓上也加工出相同規(guī)格的鍵槽，兩者精密間隙配合，并通過長平鍵實現(xiàn)修整軸縱向移動的精度 (避免有間隙晃動或扭轉(zhuǎn)而影響金剛筆的修整精度)。修整軸前端加工有安裝金剛筆的孔及固定螺孔，后端與安裝在砂整座上的φ40 mm×100 mm的單出頭氣缸活塞桿聯(lián)接，通過氣缸活塞的往復移動實現(xiàn)砂輪端面的修整，砂輪修整距離的橫向調(diào)整通過T形固定槽的前后移動實現(xiàn)。

圖2 砂輪修整器結(jié)構(gòu)示意圖

(2)電氣改造方案。原電氣均只能進行手動操作，磨頭、主軸及砂輪修整座等均為手工單步操作，需進行改造。

數(shù)控系統(tǒng)的選用:本司車床常用的簡式數(shù)控系統(tǒng)多數(shù)來自南京，有數(shù)碼管的，有液晶顯示的，有反應(yīng)式步進電動機，也有伺服電動機，經(jīng)多家單位比較，決定采用型號為XQ—80T的車床數(shù)控系統(tǒng)，作為磨床的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用液晶顯示器，混合式步進電動機拖動，最小分辨率為0.001mm，精度較高，價格不高，綜合性價比較好。

因為車床使用與內(nèi)圓磨床不同，磨加工每加工一只產(chǎn)品砂輪均有磨損，如不能實現(xiàn)自動補償，將無法保證加工尺寸精度及加工的連續(xù)性。一種方案為:通過加工程序的編制，可以實現(xiàn)每只加工后的補償，但操作上相對繁瑣不便。因此綜合考慮，經(jīng)與數(shù)控系統(tǒng)廠家多次協(xié)商交流，由廠家對數(shù)控系統(tǒng)軟件進行修改，一件產(chǎn)品自動加工完成后不在起始點也不會報警，砂輪補償量的多少通過程序中固定程度段中的數(shù)值修改實現(xiàn)，解決了砂輪磨損后的補償問題。

3.組裝

(1)機械安裝。步進電動機及絲杠軸的安裝:根據(jù)測量的結(jié)果，預先加工一支絲杠替代軸，對里端軸承座固定，然后將替代軸、軸承、聯(lián)軸器及步進電動機組裝起來，電動機端用墊塊臨時墊平，然后邊測量邊調(diào)整，使磨床V形導軌面與替代軸平行度控制在0.5 mm以內(nèi) (在相交90°軸母線上各測量一次)，確定步進電動機固定螺孔位置并進行鉆孔攻螺紋加工，完成后將步進電動機用螺桿固定。之后對絲杠軸系的平行度進行精確測量，根據(jù)測量的結(jié)果調(diào)整電動機位置，直到調(diào)整到床身V導軌面與替代軸平行度在0.05 mm以內(nèi)后 (在相交90°母線上各測量一次)，緊固步進電動機及絲杠軸承座。確認無誤后，在電動機安裝座和絲杠軸承座上用手電鉆分別加工φ6 mm深50 mm的孔，并用手用鉸刀加工成錐度φ6/1∶50圓錐銷孔，完成后用φ6 mm×40 mm圓錐銷固定。上述工作完成后用絲杠更換替代軸，完成進給軸安裝。

絲杠螺母與磨床工作臺的固定:通過測量實際尺寸后制作螺母聯(lián)接板進行安裝，但因為已安裝有絲杠，空間狹窄，測量困難，實際分兩件進行制作:一只為螺母套，外圓上加工出相互平行的兩面;一塊為螺母安裝板，下部加工出U形槽，可與螺母套間隙配合，分別在絲杠螺母上和工作臺上安裝，調(diào)整到合適位置后對該兩件進行電焊焊接 (確保已定位)，完成對螺母聯(lián)接板精確安裝。

(2)電氣安裝。數(shù)控系統(tǒng) (數(shù)控箱)通過自帶的安裝架固定在機床床身上，以操作者操作宜人為準，將步進電動機通過航空插頭連線連接，主軸啟動和停止，砂輪修整器的動作，都通過數(shù)控系統(tǒng)中“M”功能控制中間繼電器進行自動控制。

(3)加工程序及操作解析。加工程序說明 (采用增量尺寸編程)如附表所示。

圖3 數(shù)控系統(tǒng)接線示意圖

加工程序說明

修改尺寸操作 (以附表程序為例，尺寸下差0.05 mm，需調(diào)整的操作):按“%”鍵→輸入1822→按“SCH”鍵→按“↑”“↓”鍵翻到N40段→按“←”“→”鍵翻到W0.50→從鍵盤輸入W0.45→按“←”“→”鍵確認是否修改成功。

新砂輪加工操作:①手動修整好砂輪外圓 (確保不會碰傷內(nèi)圓表面)。②數(shù)控系統(tǒng)手動狀態(tài)下退出到零線。③用目測法觀察砂輪端面與金剛筆尖的距離，確保砂輪修整架伸出后不會與砂輪相撞。④啟動砂輪修整程序修整砂輪，如不能修整，則視具體情況手動進給后再修整，直到砂輪端面修整出為止。⑤轉(zhuǎn)到加工程序直接可進行加工。

新砂輪剛開始磨削時尺寸可能不穩(wěn)定，需待加工2～3個，穩(wěn)定后根據(jù)實際偏差進行尺寸或補償量的調(diào)整。

4.結(jié)語

車床用數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用于磨床改造，屬于一種創(chuàng)新，從成本上來說，極大地減少了改造成本。一般成熟的磨床數(shù)控系統(tǒng)，如西門子801D，F(xiàn)ANUC-0i系列磨床數(shù)控系統(tǒng)，功能多，使用效果好，但僅數(shù)控系統(tǒng)投資至少4萬元以上，而應(yīng)用該數(shù)控系統(tǒng)，成本僅需0.6萬元。

改造完成后，采用數(shù)控程序控制實現(xiàn)自動進給磨削，同時完成多種輔助動作的控制，具體為:利用步進電動機實現(xiàn)軸承座內(nèi)平的自動磨削進給，利用自行設(shè)計的一套氣動控制的砂輪修整器，實現(xiàn)砂輪端面的修整，確保每個加工的工件磨削的內(nèi)端面與外定位端面的距離符合產(chǎn)品圖樣的要求，又實現(xiàn)了砂輪的每只進給補償。

自動加工時，只需手工上下料，按起動按鈕即可自動完成全部動作，并實現(xiàn)磨削后砂輪磨損的自動補償，實際加工效果良好，并實行一人雙機操作，效率提高30%以上，減輕了工人勞動強度。同時，與購置新磨床單價約20萬元/臺相比，節(jié)約了投資成本。