往復(fù)式雙端面磨床夾具動作及砂輪補償數(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)來控制,左、右砂輪的旋轉(zhuǎn)分別由30 kW的三相交流電機(jī)來實現(xiàn),其中,左砂輪電機(jī)為Y/ △運行,右砂輪電機(jī)由變頻器控制,使得右砂輪轉(zhuǎn)速可以無級變頻調(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動由變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速,不僅使得修整速度無級可調(diào),而且使得自動修整得以很方便地實現(xiàn)。夾具運動和冷卻液則由電磁閥來實現(xiàn)控制。

　　由于使用了數(shù)控系統(tǒng)及伺服系統(tǒng),加工過程中,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,由于加工過程中,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,這就使得夾具的動作行程也大。為了節(jié)省時間,提高生產(chǎn)效率,夾具在運動過程中有加速前進(jìn)和加速退出的動作。夾具在整個加工過程中有4個位置,每個位置均裝有一個接近開關(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。

　　夾具的運動過程中用到了3 個電磁閥,4 個接近開關(guān)。各接近開關(guān)占用輸入點如表1 ,各電磁閥的得失電狀態(tài)如表2。

　　自動加工過程中,夾具的動作流程見圖1。

圖1 　夾具的動作流程

　　手動夾具啟動時,由0位開始前進(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)運動;夾具動作停止時,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。

　　夾具運動時,與修整砂輪的金剛筆有動作互鎖:當(dāng)金剛筆在原位時,才允許夾具動作。自動加工時,當(dāng)采用先退砂輪再退夾具的加工方式時,由于工件還在磨削區(qū)域內(nèi)作往復(fù)運動,砂輪的退出使兩砂輪夾緊工件的力消失,工件會產(chǎn)生抖動;盡管這個抖動很輕微,工件停留在磨削區(qū)域內(nèi)的時間也很短暫,但仍會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,雖然解決了兩端面劃傷問題,但是,由于夾具退出的過程中工件一直受到砂輪的夾緊力,工件退出后旋轉(zhuǎn)速度過高,增加了輔助時間。所以設(shè)計的數(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,夾具加速退出的同時,砂輪退出。實現(xiàn)這一控制所采用的方法是在處理自動加工程序夾具停止的M 代碼時,當(dāng)夾具運動至2 位再給出M 代碼結(jié)束信號,這樣,在夾具加速退出的同時,加工程序會控制砂輪退出。

　　通過數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的可編程序控制器,可以方便地實現(xiàn)夾具的上述動作。夾具控制中的各輸入、輸出點控制圖見圖2 ,夾具的控制梯形圖見圖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

　　通過式雙端面磨床的兩砂輪在加工過程中的位置是固定的,工件在兩砂輪中間通過時完成端面磨削,因此補償方法是直接進(jìn)給砂輪。而對于往復(fù)式雙端面磨床,在加工過程中,工件在兩砂輪中間作往復(fù)運動。它靠兩砂輪的進(jìn)給來完成端面梯形圖中,X1510 為金剛筆在修整原位信號; R10110 為夾具啟動的M代碼信號;R10111 為夾具停止的M代碼信號;G413 為M代碼結(jié)束信號;F111 為復(fù)位信號;F312 為手動方式;F315 為自動方式。

　　磨削,因此兩砂輪在加工過程中的位置是在不斷變化的,而且每次加工結(jié)束,兩砂輪均會返回加工起點位置。同時,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,這里還存在一個關(guān)鍵性問題:如何將砂輪脫落的補償量、加工位置、修整位置有機(jī)地結(jié)合起來,實現(xiàn)加工、補償、修整的自動控制。

　　由于砂輪的脫落量難以準(zhǔn)確測量,而專門為此增加一套主動測量裝置不僅造價太高,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解決補償問題,不僅簡單,而且方便。加工結(jié)束后,操作工通過測量產(chǎn)品尺寸,在需要補償?shù)臅r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?shù)牧亢?再按下補償按鈕,此時,數(shù)控系統(tǒng)會自動啟動補償控制程序,系統(tǒng)便會記下該補償量。單步增量值為1、10、100、1 000μm可選擇,補償控制流程圖見圖4。

圖4 　補償控制流程圖

　　此后的加工中,系統(tǒng)會自動將該補償量計入,同時,修整位置也會將該補償量計入。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?shù)臅r候,都可以進(jìn)行補償,而且補償量可由操作工根據(jù)實際加工情況來確定,因而它可以適應(yīng)加工過程中出現(xiàn)的各種不同的情況。同時,補償時將修整位置同時更新,使得修整時的定位準(zhǔn)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(shè)計思路,成功地解決了加工起點、終點的自動定位問題和加工位置、修整位置的自動轉(zhuǎn)換問題。