朱成華

( 成都工業(yè)學院，四川成都611730)

目前，成批磨削圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承的內(nèi)圈道和外圈外圓的磨削工藝是采用兩臺磨床分別進行粗、精磨削。磨床的控制系統(tǒng)采用繼電器進行控制，控制部分體積龐大，響應時間長，且可靠性不高，經(jīng)常出現(xiàn)故障，磨削工件的功能單一。針對這種情況，在完成機械部分改造的基礎上，對磨床控制系統(tǒng)進行了技術改造，將兩臺磨床的功能集中到一臺磨床上，實現(xiàn)粗、精磨一次完成。

1 改進后的軸承內(nèi)圈滾道磨床的機械結構與功能

改進后的軸承內(nèi)圈滾道磨床主要由床身、進給手輪、工作臺、位置行程擋塊、砂輪修正器、托板、磨頭和驅(qū)動工作臺手輪等組成。機床工作臺可變速手動和液壓無級傳動;砂輪架橫進給可手動和切入半自動循環(huán);砂輪架可液壓快速進退;砂輪半自動修整和自動補償;頭架上裝有無心夾具，液壓控制的上下料機械手取下加工好的工件，此時無心夾具上磁，將工件夾牢。工件卡盤由電機帶動作旋轉運動。同時自動量儀的側爪也由液壓控制轉進工件內(nèi)部張開，隨時監(jiān)測軸承內(nèi)圈的內(nèi)徑。架頭除了作旋轉運動外，還由液壓部分控制作進給運動，即作水平方向的運動。磨架裝在工作臺上，工作臺由液壓控制作縱向運動。這種縱向運動也分兩種情況:工作臺快速進入工件及工作臺以磨速作往復運動，當磨削完一個工件之后頭架跳出，工作臺快速返回。為了保證精磨的質(zhì)量，砂輪在粗磨后安排一次砂輪修整。此時工作臺以修整速度右行，砂輪修整器倒下，工作臺以磨削速度左行，讓砂輪修整器上的金鋼筆修磨砂輪。完畢后修整器抬起，繼續(xù)精磨。為了提高工件光潔度，在精磨完后還安排一次無進給的光磨，尺寸未到、則進行微量補償進給。

2 改進后磨床的運行形式及控制要求

磨床共有5 臺電動機，砂輪電機是主要運動電機，直接帶動砂輪旋轉，對工件磨削加工。磨削加工時，由頭架和尾架把工件心軸頂緊，頭架電機旋動頭架帶動工件旋轉，由于加工工件的直徑大小及精磨、粗磨要求的不同，通過調(diào)節(jié)頭架頂頭的轉速來滿足。冷卻電動機帶動冷卻泵供給工件冷卻液，同時利用冷卻液帶走磨下的鐵屑。油泵電機供給各部件潤滑油。

磨床的控制要求為砂輪電機、冷卻泵電機、頭架電機、油泵電機都只作單方向旋轉;砂輪電動機的旋轉運動不要求調(diào)速，由一臺三相異步電動機拖動即可;電磁吸盤應有吸牢工件的正向勵磁，松開工件的斷開勵磁，以及抵消剩磁，便于取下工件的反方向勵磁控制環(huán)節(jié);為保證加工精度，使其運行平穩(wěn)，要供給各部件潤滑油;滿足加工工件的直徑大小、磨削精度的要求、要求頭架電機的轉速能調(diào)節(jié);保護環(huán)節(jié)應包括各電路的短路保護、電動機過載保護、電磁吸盤不足的零電壓保護等;必要的信號指示及照明。

3 磨床控制系統(tǒng)硬件設計

根據(jù)工件工藝的要求，控制系統(tǒng)設定了手動、自動、粗磨、精磨、無進給磨削，定時等方案。手動/自動轉換，當轉換開關旋轉至手動狀態(tài)時，自動不起作用，系統(tǒng)通過操作面板上不同的手動控制按鈕來完成各道工序;當轉換開關旋轉至自動狀態(tài)時，按下啟動信號，PLC 則按預先設計的符合工藝要求的程序運行。粗磨階段、精磨、無進給磨削階段:主軸高速運轉。選用PLC 對無進給磨削定時進行控制，工件加工時間可根據(jù)工藝要求選擇不同的磨削時間。PLC 控制系統(tǒng)的I/O 分配如表1 所示。

表1 改進后磨床的PLC 控制系統(tǒng)I/O 分配表

3.1 磨床主電路設計

磨床的主電路如圖1 所示。

3.2 磨床PLC 控制電路設計

磨床PLC 控制電路如圖2 所示。主電源線經(jīng)端子接入電箱并通過總開關QS1 及總熔斷器供給機床電源，在各項準備工作完成并檢查配線可靠無誤后，應先接通外部供電電源，然后閉合機床電箱的總電源開關QS1，這時操作臺上的電源指示燈應亮。首先按動操作臺上的按鈕SB3，接觸器KM5 吸合，油泵電機M3 起動;供給機床各部件潤滑油，然后通過旋鈕SA1 選擇工作方式即手動半自動。

在方式確定之后，開始裝工件。3M2150 裝工件時，在頭架為停止的狀態(tài)時，踩壓腳踏板，松開工件夾緊裝置，裝入工件，再松開踏板，這時工件應被夾緊，在頭架旋轉狀態(tài)下，腳踏板將不起任何作用。在手動方式下按下SB3，降壓起動砂輪電機M1。頭架電機M2 可以通過SA4 選擇3 種速度，其速度確定后按壓SB5 使砂輪架快進并使冷卻泵M4 起動。

圖1 磨床的主電路如圖

圖2 磨床PLC 控制電路原理圖

在手動狀態(tài)下，即SA1 在調(diào)整方式，切入缸進行到底，此時手動搖橫進給機構可進行磨削，到尺寸后退手輪按SB4 砂輪架快退，完成一個循環(huán)，此時可適當調(diào)整SQ1 為半自動磨削做好準備。在半自動方式下首先將SA1 選到半自動位置，切入缸復位，這時按SB14 砂輪可快進，壓合SQ1、YV2 和YV3 吸合開始粗磨，擋鐵壓合SQ2 釋放YV3，機床粗磨轉精磨，壓合SQ3 后，YV2 釋放，機床由精磨轉無進給磨削。無進給磨削時間可用SA1 來選擇。共分三擋:10 s、20 s、30 s;當延遲時間到后，砂輪架快退，切入缸退回直到壓合行程開關SQ4 后停止，取下工件，此時為一個半自動循環(huán)結束。修整砂輪只有在砂輪架后退位置進行，按下按鈕SB10，電磁閥YV5 得電，開始修整，當壓合行程開關SQ5 或按下按鈕SB9 時，修整結束，修整器退回，在整個修整過程中指示燈HL5 亮，結束后滅。機床在磨削過程中，分別在粗磨階段、精磨階段、無進給磨削階段指示燈HL2、HL3、HL4 分別亮。

3.3 電磁吸盤電路設計

電磁吸盤是固定加工工件的一種夾具，利用通電導體在鐵心中產(chǎn)生的磁場吸牢鐵磁材料的工件，以便加工。它與機械夾具相比，有夾緊迅速、不傷工件、一次能吸牢多個小工件，以及工件發(fā)熱后可以自由伸縮等特點。電磁吸盤在磨床上使用十分廣泛。保護裝置由放電電阻R 和電容C 以及零壓繼電器KA 組成。R、C 組成放電回路，吸收電磁吸盤YH 線圈斷電時產(chǎn)生的自感電動勢。零壓繼電器KA保證了當電源電壓不足而使電磁吸盤吸不牢工件時，砂輪電動機和頭架電動機停轉，以免導致工件被砂輪打出的事故。

圖3 電磁吸盤接線圖

4 PLC 控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設計

限于篇幅，只列出磨床機構動作循環(huán)，以此作為PLC 梯形圖編寫思路，磨床動作循環(huán)如圖4 所示，粗精自動切入工作循環(huán)圖如圖5 所示，對具體梯形圖不作贅述。

圖4 磨床動作循環(huán)圖

圖5 粗精自動轉換工作循環(huán)圖

5 結論

經(jīng)實際運行，改進后的磨床大大提高了圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承的內(nèi)圈道和外圈外圓的磨削效率，降低了成本，且實現(xiàn)了手動與自動控制方式選擇，操作方便。采用PLC 控制去掉了原磨床的中間繼電器，時間繼電器等，使線路簡化，維修方便，提高了系統(tǒng)的可靠性。

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