往復式雙端面磨床夾具動(dòng)作及砂輪補償數控系統

　　選用Power Mate 0 數控系統作為該機床的控制核心,左、右砂輪的進(jìn)給分別由22 N·m 的伺服電機來(lái)控制,左、右砂輪的旋轉分別由30 kW的三相交流電機來(lái)實(shí)現,其中,左砂輪電機為Y/ △運行,右砂輪電機由變頻器控制,使得右砂輪轉速可以無(wú)級變頻調速至1 500 r/ min ,因而該機床不僅可以進(jìn)行大型圓柱軸承套圈的雙端面磨削,還可以進(jìn)行大型圓錐軸承套圈的雙端面磨削。

　　修整砂輪的金剛筆的運動(dòng)由變頻器進(jìn)行變頻調速,不僅使得修整速度無(wú)級可調,而且使得自動(dòng)修整得以很方便地實(shí)現。夾具運動(dòng)和冷卻液則由電磁閥來(lái)實(shí)現控制。

　　由于使用了數控系統及伺服系統,加工過(guò)程中,左、右砂輪的進(jìn)給精度可以達到1μm ,因而使得機床的加工精度很高。同時(shí),由于加工過(guò)程中,快進(jìn)、粗磨、精磨量都是由程序控制的,提高了同一批工件尺寸的重復精度,因而加工出的產(chǎn)品尺寸散差好,保證了加工質(zhì)量的穩定性。

1 夾具動(dòng)作的控制

　　由于該機床加工尺寸范圍大,因而工件的磨削區域也大,這就使得夾具的動(dòng)作行程也大。為了節省時(shí)間,提高生產(chǎn)效率,夾具在運動(dòng)過(guò)程中有加速前進(jìn)和加速退出的動(dòng)作。夾具在整個(gè)加工過(guò)程中有4個(gè)位置,每個(gè)位置均裝有一個(gè)接近開(kāi)關(guān),由原位0位起,依次為0位、1位、2位、3位,其中,2位與3位之間為磨削區域。

　　夾具的運動(dòng)過(guò)程中用到了3 個(gè)電磁閥,4 個(gè)接近開(kāi)關(guān)。各接近開(kāi)關(guān)占用輸入點(diǎn)如表1 ,各電磁閥的得失電狀態(tài)如表2。

　　自動(dòng)加工過(guò)程中,夾具的動(dòng)作流程見(jiàn)圖1。

圖1 　夾具的動(dòng)作流程

　　手動(dòng)夾具啟動(dòng)時(shí),由0位開(kāi)始前進(jìn),到1 位后,加速前進(jìn)到2位,然后在2位與3位之間作往復運動(dòng);夾具動(dòng)作停止時(shí),從當前位退至2位,然后加速退至1位,再減速退至0位停止。

　　夾具運動(dòng)時(shí),與修整砂輪的金剛筆有動(dòng)作互鎖:當金剛筆在原位時(shí),才允許夾具動(dòng)作。自動(dòng)加工時(shí),當采用先退砂輪再退夾具的加工方式時(shí),由于工件還在磨削區域內作往復運動(dòng),砂輪的退出使兩砂輪夾緊工件的力消失,工件會(huì )產(chǎn)生抖動(dòng);盡管這個(gè)抖動(dòng)很輕微,工件停留在磨削區域內的時(shí)間也很短暫,但仍會(huì )造成工件端面的劃傷。采用先退夾具再退砂輪的加工方式時(shí),雖然解決了兩端面劃傷問(wèn)題,但是,由于夾具退出的過(guò)程中工件一直受到砂輪的夾緊力,工件退出后旋轉速度過(guò)高,增加了輔助時(shí)間。所以設計的數控往復式雙端面磨床采用先退夾具再退砂輪的加工方式,并控制夾具退至2 位時(shí),夾具加速退出的同時(shí),砂輪退出。實(shí)現這一控制所采用的方法是在處理自動(dòng)加工程序夾具停止的M 代碼時(shí),當夾具運動(dòng)至2 位再給出M 代碼結束信號,這樣,在夾具加速退出的同時(shí),加工程序會(huì )控制砂輪退出。

　　通過(guò)數控系統內部的可編程序控制器,可以方便地實(shí)現夾具的上述動(dòng)作。夾具控制中的各輸入、輸出點(diǎn)控制圖見(jiàn)圖2 ,夾具的控制梯形圖見(jiàn)圖3。

圖2 　夾具控制原理圖

圖2 　夾具控制原理圖

2 砂輪的補償控制

　　通過(guò)式雙端面磨床的兩砂輪在加工過(guò)程中的位置是固定的,工件在兩砂輪中間通過(guò)時(shí)完成端面磨削,因此補償方法是直接進(jìn)給砂輪。而對于往復式雙端面磨床,在加工過(guò)程中,工件在兩砂輪中間作往復運動(dòng)。它靠?jì)缮拜喌倪M(jìn)給來(lái)完成端面梯形圖中,X1510 為金剛筆在修整原位信號; R10110 為夾具啟動(dòng)的M代碼信號;R10111 為夾具停止的M代碼信號;G413 為M代碼結束信號;F111 為復位信號;F312 為手動(dòng)方式;F315 為自動(dòng)方式。

　　磨削,因此兩砂輪在加工過(guò)程中的位置是在不斷變化的,而且每次加工結束,兩砂輪均會(huì )返回加工起點(diǎn)位置。同時(shí),為了避免積累誤差,加工程序采用的是絕對位置編程,因此,直接進(jìn)給砂輪的補償方法是不行的。而且,這里還存在一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題:如何將砂輪脫落的補償量、加工位置、修整位置有機地結合起來(lái),實(shí)現加工、補償、修整的自動(dòng)控制。

　　由于砂輪的脫落量難以準確測量,而專(zhuān)門(mén)為此增加一套主動(dòng)測量裝置不僅造價(jià)太高,而且結構復雜,又不易安裝,所研制的數控往復式雙端面磨床采用程序控制的方法來(lái)解決補償問(wèn)題,不僅簡(jiǎn)單,而且方便。加工結束后,操作工通過(guò)測量產(chǎn)品尺寸,在需要補償的時(shí)候,操作工可以用微量進(jìn)刀按鈕單步進(jìn)給左右砂輪至需要補償的量后,再按下補償按鈕,此時(shí),數控系統會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)補償控制程序,系統便會(huì )記下該補償量。單步增量值為1、10、100、1 000μm可選擇,補償控制流程圖見(jiàn)圖4。

圖4 　補償控制流程圖

　　此后的加工中,系統會(huì )自動(dòng)將該補償量計入,同時(shí),修整位置也會(huì )將該補償量計入。這樣的補償

　　方式,使得補償量不是定值,而是在任何需要補償的時(shí)候,都可以進(jìn)行補償,而且補償量可由操作工根據實(shí)際加工情況來(lái)確定,因而它可以適應加工過(guò)程中出現的各種不同的情況。同時(shí),補償時(shí)將修整位置同時(shí)更新,使得修整時(shí)的定位準確,修整后不用再對刀即可進(jìn)行加工。

　　基于同樣的程序控制的設計思路,成功地解決了加工起點(diǎn)、終點(diǎn)的自動(dòng)定位問(wèn)題和加工位置、修整位置的自動(dòng)轉換問(wèn)題。