摘要：文章以M224半自動(dòng)內(nèi)圓磨床為研究對象，采用“人機(jī)界面+PLC+交流伺服”的硬件實(shí)現(xiàn)方案，對磨床徑向工作臺（X軸）進(jìn)行了數(shù)控化改造；采用PLC通訊控制變頻器的方案實(shí)現(xiàn)了對砂輪主軸的控制；并且對工件主軸、冷卻泵的原控制方案進(jìn)行了改進(jìn)。實(shí)際使用情況表明，改造后大大簡化了機(jī)床的結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)床的定位精度，并使機(jī)床具有了良好的操作性能。

　　關(guān)鍵詞：內(nèi)圓磨床；人機(jī)界面；數(shù)控改造

　　內(nèi)圓磨床主要用于機(jī)械零件的內(nèi)孔加工，是機(jī)械工業(yè)中的重要工藝裝備。老式內(nèi)圓磨床進(jìn)給大多采用液壓和機(jī)械聯(lián)合進(jìn)給模式，以M224半自動(dòng)內(nèi)圓磨床為例，該型號磨床是幾十年前引進(jìn)蘇聯(lián)技術(shù)生產(chǎn)的，整機(jī)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。八十年代按照國家淘汰高能耗電機(jī)要求，工廠對磨床電控系統(tǒng)進(jìn)行了改造，用變頻器取代了中頻發(fā)電機(jī)組，降低了機(jī)床能耗，但機(jī)械結(jié)構(gòu)改動(dòng)較少并一直沿用至今。由于該磨床是計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代的產(chǎn)物，而且有幾十年的生產(chǎn)歷史，所以國內(nèi)用戶相當(dāng)龐大。近幾年，很多M224磨床返廠大修，在當(dāng)今機(jī)床數(shù)控化的大環(huán)境下，很多客戶對磨床提出了數(shù)控化改造要求。

　　1 方案確定

　　M224磨床是由液壓、機(jī)械、電氣聯(lián)合控制的半自動(dòng)內(nèi)圓磨床，具有手動(dòng)、電感、塞規(guī)、定程四種測量方式，機(jī)床的所有動(dòng)作靠三個(gè)電磁閥切換液壓油路實(shí)現(xiàn)，電控線路是典型的繼電接觸控制線路。機(jī)床的縱向工作臺由往復(fù)油缸驅(qū)動(dòng)，通過行程開關(guān)、撥叉等位置的調(diào)節(jié)和控制變向?qū)崿F(xiàn)機(jī)床的縱向往復(fù)；機(jī)床的徑向工作臺靠進(jìn)給油缸驅(qū)動(dòng)，進(jìn)給油缸上部裝有進(jìn)給變速箱，通過齒條齒輪傳遞及凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的變速進(jìn)給。

　　受機(jī)床床身結(jié)構(gòu)限制，縱向工作臺無法采用伺服驅(qū)動(dòng)方案，因此保持原液壓驅(qū)動(dòng)方案不變。機(jī)床徑向工作臺上部的進(jìn)給箱里面裝配的零件多達(dá)70多個(gè)，是故障多發(fā)部位，而且進(jìn)給箱結(jié)構(gòu)緊湊，維修時(shí)很不方便，因此對徑向工作臺采用伺服驅(qū)動(dòng)的控制方案改造。由于伺服系統(tǒng)具有很好的重復(fù)定位精度 ，本技術(shù)改造方案去掉了電感和塞規(guī)測量工作方式，僅保留了手動(dòng)和定程（半自動(dòng)）兩種工作方式。

　　2 方案實(shí)施

　　2.1 PLC．人機(jī)界面選擇

　　根據(jù)內(nèi)圓磨床磨削加工的工藝特點(diǎn)，確定機(jī)床伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量為0.1 m.由于M224磨床最大磨削孔徑為40mm，在磨削加工時(shí)砂輪與工件之間有超過20mm的空刀量，為了不影響加工效率，設(shè)計(jì)要求PLC的脈沖輸出頻率不低于100KHz.經(jīng)選擇采用了臺達(dá)EH2系列可編程序控制器，該系列PLC內(nèi)置200KHz高速脈沖輸出模塊、RS485通訊接口，具有直線／圓弧插補(bǔ)功能，最低脈沖輸出頻率為10Hz，配合導(dǎo)程為5mm的滾珠絲杠，徑向工作臺（X軸）最低運(yùn)動(dòng)速度為0.06mm／min，最高運(yùn)行速度為1200mm／min，完全滿足內(nèi)圓磨床加工時(shí)的工藝要求。

　　選擇臺達(dá)A系列5.7“單色觸摸屏作為人機(jī)界面，人機(jī)界面與PLC通過RS232接口相連，通過觸摸屏可以輸入各種磨削工藝參數(shù)，可以在屏上設(shè)計(jì)觸摸按鍵以節(jié)省PLC輸入點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)顯示磨床的工作狀態(tài)。

　　2.2 工件主軸控制

　　工件軸通過一臺0.55KW／1.1KW 雙速三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，改造前通過操縱面板上上的LW6-3／B093萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)切換高低速度。由于轉(zhuǎn)換開關(guān)上有九對觸點(diǎn)，時(shí)間一長容易出現(xiàn)觸點(diǎn)間接觸不良故障，導(dǎo)致電機(jī)缺相。改造后用兩個(gè)接觸器KM2、KM3代替萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)，在新的操縱面板上設(shè)計(jì)一個(gè)三擋位轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1來切換高低轉(zhuǎn)速。

　　2.3 砂輪主軸控制

　　M224磨床使用一臺3.7KW 惠豐變頻器驅(qū)動(dòng)電主軸作為砂輪主軸，變頻器型號為F1000-M0037T3B.改造前變頻器裝在電器柜外面，通過三線式端子控制變頻器的啟動(dòng)和停止，通過變頻器面板手動(dòng)調(diào)整變頻器輸出頻率。改造后重新設(shè)計(jì)了電器柜，將變頻器裝入電器柜內(nèi)部，操作者不能直接接觸到變頻器面板。為了使操作者使用方便，改造后采用通訊方式控制變頻器啟動(dòng)和停止 .變頻器和PLC通過RS485通訊口相連，通過人機(jī)界面輸入變頻器工作頻率，通過觸摸屏上的觸摸鍵控制變頻器的啟動(dòng)和停止，在觸摸屏上可實(shí)時(shí)顯示變頻器工作電流、電壓、故障代碼等參數(shù)。

　　2.4 冷卻泵控制

　　改造前M224磨床只有一個(gè)冷卻泵，冷卻液經(jīng)水閥后分為兩路，一路給砂輪主軸冷卻用，一路在磨削時(shí)冷卻工件。由于兩路共用同一個(gè)水箱，磨削產(chǎn)生的鐵屑混入冷卻液后，會(huì)造成砂輪主軸冷卻水路堵塞而影響砂輪主軸的正常使用。改造后，取消水閥，增加了一個(gè)冷卻泵，工件冷卻水箱與砂輪主軸冷卻水箱各自獨(dú)立，互不干擾。

　　2.5 液壓系統(tǒng)

　　改造前，M224磨床是靠三個(gè)電磁閥切換油路控制杠桿、修整器、行程閥、往復(fù)油缸、進(jìn)給油缸等機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)工作臺快速進(jìn)退、往復(fù)，砂輪修整，粗進(jìn)給，精進(jìn)給和無進(jìn)給磨（包括粗光磨和精光磨）。改造后，由于徑向液壓進(jìn)給系統(tǒng)被伺服進(jìn)給系統(tǒng)取代，相應(yīng)的取消了進(jìn)給電磁閥，而且堵住了機(jī)床配流板上進(jìn)給油缸所接油路。這樣處理之后，夾具液壓松緊油路受到影響而不能使用。所以，對于使用液壓夾具鎖緊工件的機(jī)床必須另外加裝一個(gè)電磁閥，控制夾具的松緊。電磁閥進(jìn)油孔接在機(jī)床減壓閥之后，出油孔接工件主軸箱的進(jìn)油套。

　　2.6 絕對坐標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)成

　　改造后的電控系統(tǒng)以臺達(dá)DVP-32EH00T2可編程序控制器為控制核心，選用三菱MR-J2S-60A伺服驅(qū)動(dòng)器、三菱HC-SFS52伺服電機(jī)構(gòu)成伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。伺服電機(jī)編碼器上采用了17位絕對位置編碼器，分辨率達(dá)到131072脈沖／轉(zhuǎn)，具有很高的精度控制能力。只要在伺服驅(qū)動(dòng)器上加裝電池，就能構(gòu)成絕對坐標(biāo)系統(tǒng)。絕對坐標(biāo)系統(tǒng)接線圖見圖2.在系統(tǒng)聯(lián)機(jī)時(shí)，要將PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器的電源輸入設(shè)定為同時(shí)或伺服驅(qū)動(dòng)器電源先啟動(dòng)，以免絕對位置數(shù)據(jù)傳輸異常導(dǎo)致伺服報(bào)警。

　　3 結(jié)束語

　　經(jīng)過數(shù)控化改造后的M224半自動(dòng)內(nèi)圓磨床， 軸重復(fù)定位精度在2 m以內(nèi)，加工出的產(chǎn)品5O件內(nèi)的尺寸分散在15m以內(nèi)。經(jīng)湖北三環(huán)汽車方向機(jī)有限公司等單位使用，改造后機(jī)床性能穩(wěn)定，操作方便，改造達(dá)到了預(yù)期效果。

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