为改变外径360～400 mm的大型轴承套圈双端面磨床依赖进口的状况,研制了MKW7675 数控往复式双端面磨床,该磨床加工工件的外径为<150～400 mm ,工件宽度为20～140 mm。本文介绍该磨床夹具控制等部分的控制系统。

选用Power Mate 0 数控系统作为该机床的控制核心,左、右砂轮的进给分别由22 N·m 的伺服电机来控制,左、右砂轮的旋转分别由30 kW的三相交流电机来实现,其中,左砂轮电机为Y/ △运行,右砂轮电机由变频器控制,使得右砂轮转速可以无级变频调速至1 500 r/ min ,因而该机床不仅可以进行大型圆柱轴承套圈的双端面磨削,还可以进行大型圆锥轴承套圈的双端面磨削。

修整砂轮的金刚笔的运动由变频器进行变频调速,不仅使得修整速度无级可调,而且使得自动修整得以很方便地实现。夹具运动和冷却液则由电磁阀来实现控制。

由于使用了数控系统及伺服系统,加工过程中,左、右砂轮的进给精度可以达到1μm ,因而使得机床的加工精度很高。同时,由于加工过程中,快进、粗磨、精磨量都是由程序控制的,提高了同一批工件尺寸的重复精度,因而加工出的产品尺寸散差好,保证了加工质量的稳定性。

1 夹具动作的控制

由于该机床加工尺寸范围大,因而工件的磨削区域也大,这就使得夹具的动作行程也大。为了节省时间,提高生产效率,夹具在运动过程中有加速前进和加速退出的动作。夹具在整个加工过程中有4个位置,每个位置均装有一个接近开关,由原位0位起,依次为0位、1位、2位、3位,其中,2位与3位之间为磨削区域。

夹具的运动过程中用到了3 个电磁阀,4 个接近开关。各接近开关占用输入点如表1 ,各电磁阀的得失电状态如表2。

自动加工过程中,夹具的动作流程见图1。

图1 夹具的动作流程

手动夹具启动时,由0位开始前进,到1 位后,加速前进到2位,然后在2位与3位之间作往复运动;夹具动作停止时,从当前位退至2位,然后加速退至1位,再减速退至0位停止。

夹具运动时,与修整砂轮的金刚笔有动作互锁:当金刚笔在原位时,才允许夹具动作。自动加工时,当采用先退砂轮再退夹具的加工方式时,由于工件还在磨削区域内作往复运动,砂轮的退出使两砂轮夹紧工件的力消失,工件会产生抖动;尽管这个抖动很轻微,工件停留在磨削区域内的时间也很短暂,但仍会造成工件端面的划伤。采用先退夹具再退砂轮的加工方式时,虽然解决了两端面划伤问题,但是,由于夹具退出的过程中工件一直受到砂轮的夹紧力,工件退出后旋转速度过高,增加了辅助时间。所以设计的数控往复式双端面磨床采用先退夹具再退砂轮的加工方式,并控制夹具退至2 位时,夹具加速退出的同时,砂轮退出。实现这一控制所采用的方法是在处理自动加工程序夹具停止的M 代码时,当夹具运动至2 位再给出M 代码结束信号,这样,在夹具加速退出的同时,加工程序会控制砂轮退出。

通过数控系统内部的可编程序控制器,可以方便地实现夹具的上述动作。夹具控制中的各输入、输出点控制图见图2 ,夹具的控制梯形图见图3。

图2 夹具控制原理图

图2 夹具控制原理图2 砂轮的补偿控制

通过式双端面磨床的两砂轮在加工过程中的位置是固定的,工件在两砂轮中间通过时完成端面磨削,因此补偿方法是直接进给砂轮。而对于往复式双端面磨床,在加工过程中,工件在两砂轮中间作往复运动。它靠两砂轮的进给来完成端面梯形图中,X1510 为金刚笔在修整原位信号; R10110 为夹具启动的M代码信号;R10111 为夹具停止的M代码信号;G413 为M代码结束信号;F111 为复位信号;F312 为手动方式;F315 为自动方式。

磨削,因此两砂轮在加工过程中的位置是在不断变化的,而且每次加工结束,两砂轮均会返回加工起点位置。同时,为了避免积累误差,加工程序采用的是绝对位置编程,因此,直接进给砂轮的补偿方法是不行的。而且,这里还存在一个关键性问题:如何将砂轮脱落的补偿量、加工位置、修整位置有机地结合起来,实现加工、补偿、修整的自动控制。

由于砂轮的脱落量难以准确测量,而专门为此增加一套主动测量装置不仅造价太高,而且结构复杂,又不易安装,所研制的数控往复式双端面磨床采用程序控制的方法来解决补偿问题,不仅简单,而且方便。加工结束后,操作工通过测量产品尺寸,在需要补偿的时候,操作工可以用微量进刀按钮单步进给左右砂轮至需要补偿的量后,再按下补偿按钮,此时,数控系统会自动启动补偿控制程序,系统便会记下该补偿量。单步增量值为1、10、100、1 000μm可选择,补偿控制流程图见图4。

图4 补偿控制流程图

此后的加工中,系统会自动将该补偿量计入,同时,修整位置也会将该补偿量计入。这样的补偿

方式,使得补偿量不是定值,而是在任何需要补偿的时候,都可以进行补偿,而且补偿量可由操作工根据实际加工情况来确定,因而它可以适应加工过程中出现的各种不同的情况。同时,补偿时将修整位置同时更新,使得修整时的定位准确,修整后不用再对刀即可进行加工。

基于同样的程序控制的设计思路,成功地解决了加工起点、终点的自动定位问题和加工位置、修整位置的自动转换问题。