天水星火機(jī)床有限責(zé)任公司 張建森

1.前言

雖然數(shù)控型軋輥磨床以其高效率、高精度、高自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在冶金、造紙等行業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，但由于其造價(jià)成本偏高，不可能短時(shí)期得到大范圍的使用。根據(jù)冶金、造紙等行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，普通軋輥磨床在我國(guó)冶金、造紙等行業(yè)中仍占有主導(dǎo)地位。

傳統(tǒng)的普通軋輥磨床大多數(shù)都采用純機(jī)械結(jié)構(gòu)，各種功能的操作也都是靠人工完成；對(duì)于小型的軋輥磨床，這樣的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和操作方式，還能實(shí)現(xiàn)；而對(duì)于一些大、重型的軋輥磨床，這種純機(jī)械的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和全人力的操作方式不但給軋輥磨床的加工、裝配帶來(lái)相當(dāng)大的難度，而且使軋輥磨床的各種功能操作轉(zhuǎn)換也難以實(shí)現(xiàn)；于是，在普通軋輥磨床的設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程中，人們就提出了這樣的一個(gè)問(wèn)題，能不能設(shè)法給普通軋輥磨中引入電子元器件，利于簡(jiǎn)單的PLC控制來(lái)簡(jiǎn)化普通軋輥磨床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和人工操作方式。

伺服電動(dòng)機(jī)的引入是一個(gè)突破口?，F(xiàn)階段，伺服電動(dòng)機(jī)已發(fā)展到了一個(gè)特別成熟穩(wěn)定的時(shí)期；各種普通機(jī)床中已有采用PLC控制交流伺服電動(dòng)機(jī)，利用伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速扭矩特性，簡(jiǎn)化原機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)用PLC控制電子控制代替原手工搬手把操作的先例，從而使得機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)加工裝配難度下降、控制操作也省時(shí)省力，同時(shí)也降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

下面以我公司產(chǎn)品M84125普通軋輥磨床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中，利用西門子S7-300型PLC[1]、611U伺服控制、OP177B可編程顯示終端、電子手輪為例，簡(jiǎn)述該技術(shù)在普通軋輥磨床的應(yīng)用過(guò)程，及其所取得的效果。

2.M84125普通軋輥磨床進(jìn)給系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求

普通軋輥磨床是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的一種重要生產(chǎn)設(shè)備，主要用于冶金、造紙等行業(yè)，磨削軋機(jī)上的工作輥和支承輥的輥面和輥徑，要求砂輪縱橫向移動(dòng)傳動(dòng)平穩(wěn)，不能有爬行現(xiàn)象，其運(yùn)動(dòng)特征是砂輪縱向在磨削行程范圍內(nèi)作往復(fù)的周期直線運(yùn)動(dòng)，在換向時(shí)橫向進(jìn)行手動(dòng)進(jìn)刀，同時(shí)，由于砂輪在磨削過(guò)程中有脫粒現(xiàn)象，要求在磨削過(guò)程中根據(jù)砂輪的脫粒情況，實(shí)時(shí)手動(dòng)進(jìn)刀。由于軋輥磨床的工件床身與主床身（砂輪移動(dòng)用）采用分離結(jié)構(gòu)，這樣，就位伺服電動(dòng)機(jī)的引入創(chuàng)造了必要的前提條件。

3.傳統(tǒng)的普通軋輥磨床機(jī)械手輪進(jìn)給傳動(dòng)鏈

如圖1所示，傳統(tǒng)的普通軋輥磨床機(jī)械進(jìn)刀機(jī)構(gòu)由機(jī)械手輪經(jīng)3級(jí)齒輪副和蝸輪蝸桿傳動(dòng)，最后傳到絲杠、絲母上帶動(dòng)砂輪橫向進(jìn)刀，從圖1的傳動(dòng)原理不難發(fā)現(xiàn)該進(jìn)給機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題及局限性：

（1）傳動(dòng)路線較長(zhǎng)，操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作效率底下；

（2）傳動(dòng)間隙大，進(jìn)刀不準(zhǔn)確，易出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象；

（3）當(dāng)機(jī)床的直徑規(guī)格加大時(shí)，進(jìn)給箱體的規(guī)格也要作大，此結(jié)構(gòu)的操作難度也隨著加大，僅靠人力恐怕難以完成；

（4）加工制作箱體的難度相對(duì)較大、裝配過(guò)于復(fù)雜，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。

4.PLC控制伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給傳動(dòng)鏈

如圖2所示，由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)已相當(dāng)簡(jiǎn)化，傳動(dòng)精度也提高了，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)也不受機(jī)床規(guī)格的限制；同時(shí)生產(chǎn)裝配難度也降低。

5.采用伺服電動(dòng)機(jī)的普通軋輥磨床硬件構(gòu)成及主要部件的作用

圖1 傳統(tǒng)的軋輥磨床進(jìn)給傳動(dòng)原理圖

圖2 伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給傳動(dòng)原理圖

圖3 控制結(jié)構(gòu)圖

由圖1和圖2清楚的可以看到采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)普通軋輥磨床，簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，我們采用了先進(jìn)的PLC、伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器等電氣控制技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的，也就是用現(xiàn)代的電子技術(shù)取代原始的由機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的部分功能。我們采用西門子S7-300、OP177B界面[3]、611U伺服驅(qū)動(dòng)、1FT6伺服電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)其磨削控制。其控制結(jié)構(gòu)圖如圖3。

各部分功能：

（1）S7-300：通過(guò)編寫控制程序，完成與OP177B[3]界面數(shù)據(jù)的交換、完成對(duì)611U伺服驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)交換。

（2）OP177B界面：人機(jī)界面，完成磨削工藝參數(shù)的輸入及狀態(tài)顯示。如磨削的進(jìn)刀量、磨削速度、行程長(zhǎng)度、砂輪修整量、修整速度、修整次數(shù)、軸的狀態(tài)信息等，根據(jù)這些參數(shù)建立磨削、修整軸運(yùn)動(dòng)程序。

（3）611U伺服驅(qū)動(dòng)：伺服控制器完成驅(qū)動(dòng)、監(jiān)控伺服電機(jī)；我們還利用611U[4]的定位功能和可以帶電子手輪的功能，實(shí)現(xiàn)縱向的周期運(yùn)動(dòng)，取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)用行程開關(guān)控制換向的周期運(yùn)動(dòng)，提高了可靠性，降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，由于在611U帶上電子手輪，取代了傳統(tǒng)的軋輥磨床的機(jī)械手輪。

（4）1FT6伺服電機(jī)：用611U伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，完成橫向進(jìn)刀軸、縱向拖板軸的速度、位置的控制。

（5）采用ProfiBus總線，完成各部件間的數(shù)據(jù)交換。

6.采用PLC控制的普通軋輥磨床優(yōu)點(diǎn)

（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，如取消機(jī)械手輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；

（2）操作簡(jiǎn)單、可靠、靈活、穩(wěn)定，如在OP177B上參數(shù)輸入、采用軟鍵替代原操作按鍵；

（3）滿足多種工藝磨削的要求，如恒電流磨削等；

（4）提高產(chǎn)品的加工精度及效率，如排除了原機(jī)械手輪傳動(dòng)引起的各種間隙；

（5）維護(hù)方便、快捷，如故障信息可直接在OP177B上顯示到故障源上；

（6）滿足市場(chǎng)對(duì)高的性能價(jià)格比的需求；

（7）遇到緊急情況，按急停按鈕，可使砂輪快速離開工件表面，在可編程終端顯示器OP上顯示各種故障信息。

7.結(jié)語(yǔ)

本文介紹的普通軋輥磨床的控制，在我公司機(jī)床上推廣使用，其操作控制性能穩(wěn)定可靠，簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，提升了機(jī)床技術(shù)含量，使得操作更加宜人化，降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，屬于新技術(shù)的引用和推廣，經(jīng)國(guó)內(nèi)外數(shù)家用戶使用，反映使用效果良好。

[1]張建生,趙燕偉,郭建江,等.數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用及開發(fā)[M].北京:科學(xué)出版社,2006.

[2]SINUMERIK Step7軟件用戶手冊(cè).

[3]SINUMERIK Wincc flexible2008軟件用戶手冊(cè).

[4]SINUMERIK 611U功能描述.