沈陽機床成套設(shè)備有限責任公司 (遼寧 110142) 顧紅光

機床主軸箱在安裝機床上之前，需要進行跑機實驗，通過溫度變化情況來檢驗主軸箱內(nèi)軸承及齒輪安裝是否合格。一般情況是先把主軸箱臨時安到機床上轉(zhuǎn)動主軸，然后人工定時地用溫度計測量主軸箱內(nèi)的溫度，看其變化是否正常，此過程大概需要2 h，而且人工操作不可能完全按照工藝要求的時間進行檢測，因此人為因素會導(dǎo)致檢測結(jié)果不夠準確，從而影響機床的加工精度，同時又會浪費企業(yè)人力資源。

自動控制機床主軸箱溫升的裝置，是應(yīng)用PLC編制控制程序，采用觸摸屏作為人機界面，采用溫度傳感器作為反饋器件，用變頻器控制異步電動機帶動主軸旋轉(zhuǎn)。主軸電動機轉(zhuǎn)速通過PLC 模擬量輸出接口輸出0～10 V 模擬電壓給變頻器控制轉(zhuǎn)速，兩個溫度傳感器分別安裝在前后軸承上，實時進行溫度采集，然后PLC 進行程序控制，按一定時間及轉(zhuǎn)速控制主軸轉(zhuǎn)動。設(shè)置報警參數(shù)，如果在某一時刻主軸箱溫度數(shù)據(jù)與程序設(shè)定數(shù)據(jù)不符，即報警停止旋轉(zhuǎn)。應(yīng)用此裝置可以更準確地檢測主軸箱安裝情況，節(jié)省人力及機床安裝時間。

1.主軸箱溫升工藝要求

主軸轉(zhuǎn)速從低速起，依次運轉(zhuǎn)(每級速度的運轉(zhuǎn)時間不少于2 min，在最高速度時運轉(zhuǎn)時間不少于1 h)，使主軸軸承達到穩(wěn)定溫度(穩(wěn)定溫度指每隔12 min 測量一次，每次溫升不超過1 ℃，考核時間不少于1 h)，檢驗主軸軸承的溫度和溫升，溫度不得超過70 ℃，溫升不得超過35 ℃，前后軸承溫差不超過5 ℃，且只允許前軸承高。若溫度和溫升超過允值，需要調(diào)整與主軸相關(guān)的零件而影響到主軸精度，須重新檢查主軸精度(包括主軸的周期性竄動、主軸的卡盤定位端面的跳動及主軸卡盤定位錐面的徑向跳動)合格后重新進行溫升試驗。

主軸因為有工作轉(zhuǎn)數(shù)高低之分，所以潤滑方式有稀油和油脂潤滑兩種，油脂潤滑俗稱跑“油膜”，即把軸承上的油脂慢慢跑開，需要由低到高緩慢提高到最高轉(zhuǎn)速，卻最高轉(zhuǎn)速較高。稀油潤滑則可以快速提高到最高轉(zhuǎn)速，卻最高轉(zhuǎn)速較低，圖1、圖2為兩種運行方式的圖表:

圖1 油脂潤滑主軸運轉(zhuǎn)表

圖2 稀油潤滑主軸運轉(zhuǎn)表

2.人機界面編制

此裝置應(yīng)用觸摸屏控制，需要編制操作界面，畫面簡介如下:

在主畫面(見圖3)中，有啟動及潤滑啟動按鈕以及采集室溫按鈕。在工作時，應(yīng)先按采集室溫按鈕，然后按潤滑啟動;當潤滑啟動未按下時，啟動按鈕不生效，此功能防止主軸箱在沒有油的時候轉(zhuǎn)動，會損壞主軸。同時在主畫面中還有運行時間、速度顯示，及其溫度傳感器時時采集的前軸承、后軸承溫度，可以方便觀察主軸運行狀況。

圖3 主畫面

在運轉(zhuǎn)速度設(shè)定畫面(見圖4)，可以方便設(shè)定每段時間的主軸旋轉(zhuǎn)速度。

圖4 速度設(shè)定畫面

在運轉(zhuǎn)時間設(shè)定畫面，可以進行主軸速度運轉(zhuǎn)的時間設(shè)定(見圖5)。

圖5 時間設(shè)定畫面

在主軸類型選擇畫面中(見圖6)，可以設(shè)定幾組不同的主軸參數(shù);當更換主軸時，可以直接選擇第幾種主軸，直接進行下載，此種方法方便主軸更換時的大量數(shù)據(jù)輸入，方便操作，節(jié)省時間(此畫面需要做配方處理)。

圖6 主軸類型選擇畫面

在主軸傳動比的設(shè)定畫面(見圖7)中，當更換主軸時，電動機和主軸的傳動比會發(fā)生變化，當更換主軸時可在此畫面中進行設(shè)定修改。

圖7 主軸傳動比設(shè)定畫面

溫升記錄畫面中(見圖8)，當主軸轉(zhuǎn)到溫度速度時，進行定時的溫度采集，這里可記錄每段時間前后的溫升數(shù)據(jù)，并通過此數(shù)據(jù)實時判斷此主軸是否合格及超出標準，實時可以報警停止主軸旋轉(zhuǎn)。

圖8 溫升記錄畫面

溫升曲線畫面(見圖9)可以實時觀察主軸溫度上升曲線，判定此主軸箱的裝配質(zhì)量。

圖9 溫升曲線畫面

溫升記錄畫面可以記錄溫升的數(shù)據(jù)，并用來U 盤輸出，可以供用戶保存數(shù)據(jù)。

操作說明畫面，說明了整個溫升的運行過程，可供新操作者快速熟悉操作過程。

3.程序編制

此裝置應(yīng)用臺達PLC 及人機界面進行控制，所用溫度傳感器為電壓傳感器，電壓范圍0～10 V、溫度范圍-20°～80°，PLC 模塊有兩個模擬量輸入接口及一個模擬量輸出接口，控制方式為電壓模擬量0～10 V 或電流模擬量4～20 mA，所用在此裝置中應(yīng)設(shè)置成為電壓控制方式。圖10 所示PLC 程序為對應(yīng)的人機界面版本的設(shè)置、模擬量方式的選擇及對接收到溫度的處理及顯示。

圖10 操作說明畫面

圖11、圖12 為對觸摸屏設(shè)定主軸分段運行的時間的處理及主軸總運行時間的累計控制。

圖11 時間設(shè)定

圖12 運轉(zhuǎn)時間累計

圖13 為主軸運轉(zhuǎn)的各個時間段所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速預(yù)置及模擬量輸出的處理。

圖13 主軸轉(zhuǎn)速的設(shè)定

圖14、15、16 為主軸最高轉(zhuǎn)速后對分段溫升的數(shù)據(jù)采集，以及溫升穩(wěn)定次數(shù)的判斷及處理。

圖14 溫升數(shù)據(jù)的采集

圖15 溫升穩(wěn)定判斷

圖16 溫升穩(wěn)定次數(shù)判斷

圖17 為主軸溫升過程中報警處理，此報警很重要，能夠防止主軸箱溫升太大造成軸承燒毀，相對人工操作有了很多的安全保證。

此裝置的設(shè)計能夠保證機床主軸箱溫升測試更加準確，安全，從而保證機床的加工精度，同時也能夠為企業(yè)減少人力資源。

圖17 報警的控制