杜德民

摘 要：遼寧省瓦房店市曾被譽(yù)為軸承之鄉(xiāng)，是一個(gè)以軸承為支柱產(chǎn)業(yè)的城市，一直來為我國工業(yè)建設(shè)做出過很大的貢獻(xiàn)。近年來隨著外圍軸承生產(chǎn)廠家的激增，軸承利潤空間不斷縮減，同時(shí)人口老齡化造成的用工荒也使人工費(fèi)用不斷上漲。軸承生產(chǎn)企業(yè)若不革新，必將被淘汰。利用自動(dòng)化技術(shù)，在盡可能小的投入前提下，提升設(shè)備的自動(dòng)化性能，減少對(duì)工人的依賴成了解決這一難題的一個(gè)很好的突破口。

關(guān)鍵詞：外圓磨；滾子軸承；自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TG581 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

在軸承行業(yè)里，大都用外圓磨床加工軸承滾子，而周邊很多廠的外圓磨相當(dāng)老舊，生產(chǎn)效率低下，其中一個(gè)廠家聯(lián)系我對(duì)該廠的老式M115外圓磨進(jìn)行升級(jí)改造，以提高效率、降低成本。

1.工程實(shí)例介紹

本次改造的設(shè)備為M115型外圓磨床，主要用于磨削圓柱形和圓錐形零件的外圓，該機(jī)床的外磨砂輪、工件頭架、油泵及冷卻，均以單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)，可由液壓驅(qū)動(dòng)，也可用手輪搖動(dòng)，砂輪架橫向快速進(jìn)退由液壓驅(qū)動(dòng)，其進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由手輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。這樣的結(jié)構(gòu)必然導(dǎo)致機(jī)床對(duì)操作工的依賴性，在加工過程中操作工手動(dòng)上料、快進(jìn)、對(duì)刀直至磨削完畢卸料，幾乎寸步不離，勞動(dòng)量非常大。

2.工程分析與計(jì)劃

一般來說設(shè)備自動(dòng)化改造升級(jí)有兩個(gè)方向。一是所謂“數(shù)控化”改造，暨增加數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)的伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使其升級(jí)為數(shù)控機(jī)床；二是所謂“伺服化”改造，就是把原來繁雜的機(jī)械傳動(dòng)鏈改為先進(jìn)的電氣化傳動(dòng)鏈。而針對(duì)本次改造的設(shè)備來說，“數(shù)控化”投資過大，針對(duì)操作工的要求也高了很多，而“伺服化”的方案又相對(duì)簡單，除了稍微減輕了一點(diǎn)勞動(dòng)量以外，幾乎沒有什么新意。

經(jīng)過研究，最終選擇了一個(gè)折中的方案，暨保留原設(shè)備主體結(jié)構(gòu)不變，工作臺(tái)縱向由于該設(shè)備主要用于滾子加工，縱向動(dòng)作非常少，因此仍沿用原有的液壓加手輪的操作方式不做改變。液壓及潤滑系統(tǒng)過于陳舊，升級(jí)改造為獨(dú)立液壓站。頭架部分增加了一個(gè)液壓頂桿，用于自動(dòng)下料。砂輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)更換為變頻電機(jī)，即節(jié)能又可滿足不同工藝要求。砂輪橫向運(yùn)動(dòng)改為滾珠絲杠加伺服驅(qū)動(dòng)，并相應(yīng)增加了直線導(dǎo)軌。設(shè)備安裝了自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)和砂輪自動(dòng)修整機(jī)構(gòu)。重點(diǎn)是整機(jī)動(dòng)作由一塊PLC單元進(jìn)行控制，開放式參數(shù)界面可由設(shè)備管理人員通過HMI設(shè)置。既節(jié)約了成本又能提高加工精度與加工效率。

3.設(shè)備結(jié)構(gòu)及邏輯關(guān)系

如圖1為設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，M21為液壓站電機(jī)，M22為潤滑泵電機(jī)，M23為砂輪變頻電機(jī)，M24為工件頭架電機(jī)，M25為下料傳送帶電機(jī)，M31為砂輪橫向移動(dòng)伺服電機(jī)。懸臂懸掛操作站可水平旋轉(zhuǎn)，方便對(duì)刀和修整，觸摸屏安裝再操作站上，通過它可以更改參數(shù)和監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)。

當(dāng)電源啟動(dòng)，觸摸屏及PLC相繼啟動(dòng)，PLC啟動(dòng)成功，且急停信號(hào)未被出發(fā)，則伺服動(dòng)力電源啟動(dòng)。SB0為急停按鈕，若發(fā)生緊急故障后將其按下，除油泵電機(jī)M21及工件電磁鐵MG20外的所有電源立即斷電停止。只有當(dāng)故障排除后，手動(dòng)旋開SB0解鎖，并按復(fù)位鍵SB3后，設(shè)備方可正常工作。SA1啟動(dòng)油泵，在油壓報(bào)警SP1不報(bào)警及油泵電機(jī)過載不報(bào)警時(shí)M21工作。SA2啟動(dòng)砂輪電機(jī)，在砂輪電機(jī)過載不報(bào)警時(shí)M23由變頻器控制工作；砂輪工作同時(shí)啟動(dòng)磨削液電機(jī)M22。SA3啟動(dòng)頭架電機(jī)M24（KA02）。

通過SA4旋鈕可啟動(dòng)傳送帶電機(jī)M25（KA06）。通過觸摸屏潤滑時(shí)間、潤滑次數(shù)參數(shù)設(shè)定潤滑啟動(dòng)時(shí)間及次數(shù)驅(qū)動(dòng)KA10工作。通過觸摸屏上下料鈕控KA10和KA11工作，按下上料鈕KA10吸合，機(jī)械手上料到B4觸發(fā)后勵(lì)磁KA7啟動(dòng)，KA10斷開，機(jī)械手回退，至B5回退到位。按觸摸屏下料鈕KA11吸合，同時(shí)勵(lì)磁KA7失電，機(jī)械手下料，至B6時(shí)KA11斷電，機(jī)械手返回到B7下料結(jié)束。上下料互鎖。上料不結(jié)束不得下料，下料不結(jié)束不得上料，觸摸屏報(bào)警“機(jī)械手不在上料待機(jī)位”或“機(jī)械手不在下料待機(jī)位”?；蛘呖梢栽陬^架轉(zhuǎn)動(dòng)后按自動(dòng)啟動(dòng)鈕SB1，機(jī)械手自動(dòng)上料，上料復(fù)位后按城市磨削，規(guī)定任務(wù)結(jié)束后，機(jī)械手自動(dòng)下料，下料復(fù)位后繼續(xù)上料，直至工件計(jì)數(shù)位無法探測(cè)到工件為止。報(bào)告“料斗內(nèi)無工件”。按觸摸屏砂輪修整按鈕（保持），在砂輪啟動(dòng)前提下，修整啟動(dòng)，KA14先吸合，金剛筆左旋，至B2后KA14斷開，KA15吸合，金剛筆右旋，至B3后KA15斷開，KA14吸合，繼續(xù)左旋，以此循環(huán)。直至再次按砂輪修整按鈕解鎖。若在B2位置啟動(dòng)則直接右旋。機(jī)床首次使用需手動(dòng)示教，按觸摸屏初始化鈕，手動(dòng)將金剛筆對(duì)準(zhǔn)砂輪中線，手動(dòng)調(diào)節(jié)金剛筆修整半徑，適當(dāng)調(diào)整砂輪零點(diǎn)B9并固定。按觸摸屏“砂輪回退”按鈕，伺服電機(jī)M31拖動(dòng)砂輪軸回退至B9，砂輪停止回退動(dòng)作，記憶當(dāng)前位置為“0”，觸摸屏提醒“請(qǐng)用手輪對(duì)刀”，啟動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)同時(shí)啟動(dòng)磨削液，觸摸屏上選擇“1毫米”或“1微米”鈕令手輪使能，右旋手輪，每刻度1毫米或1微米，直至砂輪與金剛筆接觸，按修整按鈕開始修整砂輪，同時(shí)慢搖手輪控制砂輪動(dòng)作，記錄數(shù)據(jù)為正，直至修整達(dá)到要求，在屏幕上按“修整位置記憶”按鈕，機(jī)床將當(dāng)前正數(shù)字記錄為初始修整位置。

修整完畢后初次使用砂輪需人工對(duì)刀。在示教屏幕內(nèi)按“砂輪前進(jìn)”，M31拖動(dòng)砂輪向負(fù)向移動(dòng)，手動(dòng)調(diào)節(jié)B8到恰當(dāng)位置位置后固定，砂輪移動(dòng)到B8停止，提示“請(qǐng)用手輪對(duì)工件”，對(duì)刀前提是有工件且工件旋轉(zhuǎn)，砂輪旋轉(zhuǎn)。對(duì)刀完畢后按“對(duì)刀位置記憶”，機(jī)床將當(dāng)前負(fù)數(shù)字記錄為初始加工位置。

初始化之后，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置頁面，設(shè)置“定位速度”用于確定快進(jìn)或快退的速度，“修整速度”用于確定自動(dòng)修正時(shí)砂輪的移動(dòng)速度，“修整量”用于確定每次修整的切削量，修整后數(shù)據(jù)需補(bǔ)償?shù)綄?duì)刀值和修整位置值中去，“修整頻度”用于確定加工幾個(gè)件后需要修整，“磨削速度”用于磨削時(shí)的進(jìn)給速度，“磨削量”用于確定磨削工件量。“消耗量”為每加工1個(gè)工件砂輪的磨損，需在加工下一個(gè)工件時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)綄?duì)刀位置中去，累計(jì)值也要補(bǔ)償?shù)叫拚恢弥抵??！凹庸ぜ?shù)”用于倒計(jì)加工工件數(shù)量，倒計(jì)為0時(shí)停止加工，以上數(shù)據(jù)關(guān)電仍保存。工件自動(dòng)上料，砂輪由B8位置朝負(fù)方向運(yùn)行，依設(shè)定速度磨削至設(shè)定量后快退至B8，機(jī)械手自動(dòng)下料，下料結(jié)束后自動(dòng)上料，重復(fù)上述過程；到達(dá)修整頻度數(shù)量后，自動(dòng)退回到修整位置，修去一個(gè)修整量。修整量需計(jì)入補(bǔ)償。

4.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及伺服控制

本設(shè)備上位機(jī)為臺(tái)達(dá)公司的DVP系列PLC，前端配DOP系列觸摸屏作為人機(jī)界面，由A2驅(qū)動(dòng)器控制一臺(tái)ECMA電機(jī)拖動(dòng)砂輪橫向運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

PLC與伺服之間用422通信，通過調(diào)用伺服內(nèi)部指令進(jìn)行快速動(dòng)作，如圖3所示。

5.改造總結(jié)

設(shè)備改造后客戶非常滿意，后續(xù)陸續(xù)改造多臺(tái)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)操作工同時(shí)看管至少兩臺(tái)機(jī)器，加之設(shè)備本身性能優(yōu)于改造前，該廠滾子生產(chǎn)效率大幅提升，為該企業(yè)創(chuàng)造了可觀的效益，至今改造后設(shè)備已經(jīng)正常使用近兩年多，運(yùn)行十分穩(wěn)定。在此還要特別感謝機(jī)械技師陳中洪及臺(tái)達(dá)工程師任家利對(duì)設(shè)備改造提出的中肯建議。

參考文獻(xiàn)

[1]李伯民，趙波.現(xiàn)代磨削技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.