余章洪 王少斌

摘 要：在機械行業(yè)中，數(shù)控機床也運用到各種領(lǐng)域。數(shù)控機床的使用，大大降低了職工的勞動強度。使得職工一人雙機或多機的操作模式，提高了勞動生產(chǎn)率，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和加工精度，降低了人工成本。公司還有早期購入的通用設(shè)備（這些設(shè)備已使用了十多年）。該類設(shè)備的特點是通用性好，適應(yīng)各類產(chǎn)品的一般加工，但普遍的問題是自動化程度不高，基本上是手工操作，生產(chǎn)效率低。因此，如何對老舊、通用設(shè)備進(jìn)行數(shù)控化改造是一個重要的課題，也是提高生產(chǎn)率，降低人工成本，減少設(shè)備投資，充分利用老舊、通用設(shè)備的重要用途。

關(guān)鍵詞：外圓磨床；數(shù)控改造；在線量儀；普通設(shè)備；生產(chǎn)效率；伺服驅(qū)動

引言

套類零件開發(fā)到批量生產(chǎn)以來，粗、精外圓工序一直采用普通外圓磨床（MGB1420、2M9120）進(jìn)行磨削加工，應(yīng)該說在當(dāng)時的特定條件下，基本滿足了生產(chǎn)工藝的要求，但隨著硬質(zhì)合金磨削加工技術(shù)的進(jìn)步以及人工成本的大幅度上升，原有加工工藝及裝備已不能夠滿足產(chǎn)品保持深加工技術(shù)優(yōu)勢以及產(chǎn)品深加工制造成本控制的要求，普通磨床的裝備缺陷凸顯。普通磨床只能實現(xiàn)一人一機的手工操作模式，屬于勞動密集生產(chǎn)性質(zhì)，單人生產(chǎn)效率低，人工成本高，同時人為影響因素大，產(chǎn)品加工質(zhì)量控制不穩(wěn)定。為了盤活現(xiàn)有陳舊的設(shè)備（使用年限大于10年，導(dǎo)軌磨損嚴(yán)重，頭架精度嚴(yán)重喪失，加工出產(chǎn)品的圓度較大，外圓0.008mm），實現(xiàn)磨削設(shè)備的全面升級與閉環(huán)控制，實現(xiàn)一人多機的操作模式，提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率，降低制造成本。充分利用老舊、通用設(shè)備的重要用途。

1、普通外圓磨床使用現(xiàn)狀

普通外圓磨床主要磨削外圓，該磨床的縱向運動通過液動（液壓缸推動往復(fù)運動）實現(xiàn)，橫向移動（切削進(jìn)給）只能通過搖動進(jìn)給手輪手動實現(xiàn)。機床使用十多年，導(dǎo)軌、砂輪主軸、頭架主軸精度喪失，加工產(chǎn)品圓度、表面光潔度達(dá)不到要求。該機床砂輪磨損后的補償方式，完全是憑人工的經(jīng)驗在一定條件一件加工時增加幾絲。動作多而繁瑣，職工勞動強度大，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品加工不穩(wěn)定。

2、自動數(shù)控改造方案

2.1機械部分改造方案：由于采用液壓進(jìn)給機械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且床身導(dǎo)軌與拖板之間空間也很狹小，液壓故障頻繁，加工工件不穩(wěn)定，經(jīng)多方比較，確定采用數(shù)控改造較好，結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)控使用已比較成熟的數(shù)控系統(tǒng)。首先將床身內(nèi)液壓部分全部拆除，利用原液壓缸固定平面（加工面），作為Z滾珠絲杠軸承座安裝面；而進(jìn)給部分將原來絲桿及頂緊缸拆除，用原來的兩個孔加工作為滾珠絲杠的軸承安裝孔。

2.2機床傳動部分的設(shè)計

根據(jù)機床工作臺的空間與機床磨削產(chǎn)品時的行程、工作臺的重量、磨削負(fù)荷測量計算，選用（Z軸）長1087mm×直徑φ40滾珠絲杠、（X軸）長835mm×直徑φ40滾珠絲杠作為傳動，兩端采用兩只7205P4向心角接觸軸承背靠背固定在安裝座上，電機固定在床身外側(cè)，伺服電機與滾珠絲杠通過一個自制聯(lián)軸器實現(xiàn)彈性聯(lián)接（該聯(lián)軸器一邊徑向加工剖開，固定方式為螺桿擰緊，使得聯(lián)軸器與滾珠絲杠軸、電機軸抱緊）。對于MGB1420外圓磨床，X軸用來進(jìn)刀，Z軸做往復(fù)運動，X軸的重復(fù)定位精度要求較高，Z軸的重復(fù)定位精度次之，X軸采用C3精度級別的滾珠絲桿，100內(nèi)的導(dǎo)程累積誤差±0.008；Z軸采用C5精度級別的滾珠絲桿，100范圍內(nèi)累積誤差±0.018。

2.3外圓量儀的設(shè)計

采用馬波斯E9連續(xù)主動測量儀，由于硬質(zhì)合金的較硬，觸點的磨損較快，觸點由硬質(zhì)合金觸點改為金剛石觸點。量儀安裝在工作臺上，根據(jù)頭架的中心高與工作臺結(jié)構(gòu)設(shè)計量儀支撐座。根據(jù)量儀前后移動所需的壓力設(shè)計了為量儀提供動力的液壓站 液壓缸驅(qū)動量儀前后移動。

2.4電氣控制系統(tǒng)的改造方案

原電氣均只能進(jìn)行手動操作，頭架主軸、砂輪主軸等均為手工單獨操作，需進(jìn)行改進(jìn)。

根據(jù)磨削工藝流程設(shè)計控制系統(tǒng)，采用填空式操作界面，操作者只需填寫磨削參數(shù)，不需要復(fù)雜的編程。基于此采用可編程控制器（PLC）、位控單元、觸摸屏作為控制系統(tǒng)，利用PLC的位置控制實現(xiàn)伺服控制的設(shè)計方案，從而實現(xiàn)通過人機界面完成參數(shù)的設(shè)置、畫面的調(diào)整、NC程序的調(diào)用、故障的診斷等控制效果。

4、組裝

4.1機械部分安裝。伺服電機與滾珠絲杠的安裝：根據(jù)測量結(jié)果，先加工一根軸替代滾珠絲杠。將軸承座固定，然后將替代軸、軸承、聯(lián)軸器及伺服電機組裝，電機端用墊鐵臨時墊平，然后邊測量邊調(diào)整，使得磨床V形導(dǎo)軌面與替代軸平行度控制在0.2mm以內(nèi)，確定電機固定螺孔位置并進(jìn)行鉆孔搞攻絲加工，完成后將電機固定在床身上。對絲杠相對V性導(dǎo)軌的平行度進(jìn)行精確測量，根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整電機位置，直到調(diào)整床身V導(dǎo)軌面與替代軸平行度在500mm/0.015mm以內(nèi)，緊固伺服電機與絲杠軸承座，完成X、Y軸的安裝。

檢查絲杠與導(dǎo)軌的平行度

4.2電氣安裝。數(shù)控系統(tǒng)（數(shù)控箱）以操作者操作方便位置，將伺服電機、砂輪電機、主軸電機、水泵電機、液壓電機、行程開關(guān)等控制線與數(shù)控箱內(nèi)相應(yīng)的控制觸點相連接。主軸啟動和停止，通過數(shù)控系統(tǒng)中的“M”功能控制。

5、結(jié)語

通過對普通外圓磨床進(jìn)行數(shù)控化改造，屬于一種創(chuàng)新。改造完成后，采用數(shù)控程序控制實現(xiàn)自動進(jìn)給磨削。程序編制能設(shè)定每磨削一定數(shù)量的工件自動修整金剛石砂輪，自動補償（補償量可自行設(shè)定）。修整時分粗修整與精修整，可設(shè)定修整次數(shù)與修整量。

自動加工時，只需手工上下產(chǎn)品，按循環(huán)啟動按鈕即可自動完成全部動作。改造1臺外圓磨費用加上設(shè)備本身殘值，1臺改造好的MGB1420CNC價值為22萬元，購買1臺新的MGB1420CNC需要32.5萬元，1臺可節(jié)約10.5萬元。改造后的機床操作簡單，加工產(chǎn)品穩(wěn)定，實現(xiàn)了一人雙機或多機操作，單人效率提高了50%以上，減輕了工人勞動強度，降低了人工成本。