往復(fù)式雙端面磨床夾具動(dòng)作及砂輪補(bǔ)償數(shù)控系統(tǒng)

　　選用Power Mate 0 數(shù)控系統(tǒng)作為該機(jī)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(jī)來(lái)控制,左、右砂輪的旋轉(zhuǎn)分別由30 kW的三相交流電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn),其中,左砂輪電機(jī)為Y/ △運(yùn)行,右砂輪電機(jī)由變頻器控制,使得右砂輪轉(zhuǎn)速可以無(wú)級(jí)變頻調(diào)速至1 500 r/ min ,因而該機(jī)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(yùn)動(dòng)由變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速,不僅使得修整速度無(wú)級(jí)可調(diào),而且使得自動(dòng)修整得以很方便地實(shí)現(xiàn)。夾具運(yùn)動(dòng)和冷卻液則由電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。

　　由于使用了數(shù)控系統(tǒng)及伺服系統(tǒng),加工過(guò)程中,左、右砂輪的進(jìn)給精度可以達(dá)到1μm ,因而使得機(jī)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(fù)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(wěn)定性。

1 夾具動(dòng)作的控制

　　由于該機(jī)床加工尺寸范圍大,因而工件的磨削區(qū)域也大,這就使得夾具的動(dòng)作行程也大。為了節(jié)省時(shí)間,提高生產(chǎn)效率,夾具在運(yùn)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(qū)域。

　　夾具的運(yùn)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(fù)運(yùn)動(dòng);夾具動(dòng)作停止時(shí),從當(dāng)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(yùn)動(dòng)時(shí),與修整砂輪的金剛筆有動(dòng)作互鎖:當(dāng)金剛筆在原位時(shí),才允許夾具動(dòng)作。自動(dòng)加工時(shí),當(dāng)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(qū)域內(nèi)作往復(fù)運(yùn)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(qū)域內(nèi)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(zhuǎn)速度過(guò)高,增加了輔助時(shí)間。所以設(shè)計(jì)的數(shù)控往復(fù)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(xiàn)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(dāng)夾具運(yùn)動(dòng)至2 位再給出M 代碼結(jié)束信號(hào),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(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的可編程序控制器,可以方便地實(shí)現(xiàn)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(bǔ)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(bǔ)償方法是直接進(jìn)給砂輪。而對(duì)于往復(fù)式雙端面磨床,在加工過(guò)程中,工件在兩砂輪中間作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。它靠?jī)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(hào); R10110 為夾具啟動(dòng)的M代碼信號(hào);R10111 為夾具停止的M代碼信號(hào);G413 為M代碼結(jié)束信號(hào);F111 為復(fù)位信號(hào);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(jié)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(duì)位置編程,因此,直接進(jìn)給砂輪的補(bǔ)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(bǔ)償量、加工位置、修整位置有機(jī)地結(jié)合起來(lái),實(shí)現(xiàn)加工、補(bǔ)償、修整的自動(dòng)控制。

　　由于砂輪的脫落量難以準(zhǔn)確測(cè)量,而專(zhuān)門(mén)為此增加一套主動(dòng)測(cè)量裝置不僅造價(jià)太高,而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,又不易安裝,所研制的數(shù)控往復(fù)式雙端面磨床采用程序控制的方法來(lái)解決補(bǔ)償問(wèn)題,不僅簡(jiǎn)單,而且方便。加工結(jié)束后,操作工通過(guò)測(cè)量產(chǎn)品尺寸,在需要補(bǔ)償?shù)臅r(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(bǔ)償?shù)牧亢?再按下補(bǔ)償按鈕,此時(shí),數(shù)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)償控制程序,系統(tǒng)便會(huì)記下該補(bǔ)償量。單步增量值為1、10、100、1 000μm可選擇,補(bǔ)償控制流程圖見(jiàn)圖4。

圖4 　補(bǔ)償控制流程圖

　　此后的加工中,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將該補(bǔ)償量計(jì)入,同時(shí),修整位置也會(huì)將該補(bǔ)償量計(jì)入。這樣的補(bǔ)償

　　方式,使得補(bǔ)償量不是定值,而是在任何需要補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候,都可以進(jìn)行補(bǔ)償,而且補(bǔ)償量可由操作工根據(jù)實(shí)際加工情況來(lái)確定,因而它可以適應(yīng)加工過(guò)程中出現(xiàn)的各種不同的情況。同時(shí),補(bǔ)償時(shí)將修整位置同時(shí)更新,使得修整時(shí)的定位準(zhǔn)確,修整后不用再對(duì)刀即可進(jìn)行加工。

　　基于同樣的程序控制的設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換問(wèn)題。