內滾道恒速磨削控制系統的實現

摘要：在我國軸承行業，內滾道磨削存在一個固有缺陷，即：在產品加工過程中，隨著砂輪磨損，砂輪直徑不斷減小，砂輪線速度不斷降低。當砂輪磨損到一定程度時，便會發生產品加工困難，甚至磨不動的現象，這時因為產品表面粗糙度差，影響到產品質量，砂輪得不到充分利用，生產效率也無法進一步提高。針對上述問題，采用交流變頻調速技術以及PLC控制技術對原有機床砂輪電機控制系統進行了改造，實現了內滾道恒速磨削。

關鍵詞：恒速磨削；變頻調速；可編程邏輯控制器

1 引言

市場的競爭在一定程度上可以說是產品質量的競爭，而當前的軸承行業競爭日趨激烈，產品質量已經成為每一個生產廠家重點關注的問題。在汽車圓錐軸承中，內套圈的質量直接影響軸承的噪音大小以及使用壽命，甚至會威脅車輛的行駛安全。因此改善產品質量，提高生產效率、節約成本成為亟待解決的問題。

在傳統的圓錐軸承內套圈生產中，隨著砂輪磨損，砂輪直徑不斷減小，導致砂輪線速度也不斷降低。當砂輪磨損到一定程度，就會發生產品加工困難，使內滾道面上產生振紋，甚至產生燒傷，這樣的產品最后只能報廢。與此同時，砂輪也得不到充分利用，生產成本無法降低，生產效率也不能進一步提高。

如果能夠在砂輪磨損時，保持砂輪線速度不變或者基本恒定，那么就需要對原有砂輪電機控制系統進行適當的改造，這樣才有可能克服原有產品加工中存在的問題。

2 恒速磨削原理

砂輪做勻速圓周運動時，其線速度為：Vl=nπd；其中：Vl——砂輪線速度（米/秒）；n——砂輪轉速（轉/秒）；d——砂輪直徑（米）。從上述可知，當砂輪直徑d減小時，砂輪線速度逐步降低。因此，如果要Vl保持基本恒定不變，則只需要nd恒定即可，所以當d減小時，可通過適當提高轉速n來保證nd為常數。

3 技術改造方案

在實際生產中，以內滾道機床3MZ2120為例，當砂輪線速度保持在35m/s左右時，生產效率和產品質量最佳，此時砂輪電機轉速為1440r/min。

在對原有系統進行改造的時候，需要適當改變砂輪電機與砂輪之間的傳動比，以滿足變頻器以30Hz頻率輸出時，砂輪線速度為35m/s。這時如果砂輪直徑d減小，可以通過調節變頻器的輸出頻率來保持砂輪線速度恒定。具體設計如下：

（1）由可編程控制器（PLC）承擔控制任務。

這里選用日本三菱公司的FX20系列可編程邏輯控制器[1]，該控制器技術成熟、可靠性高，其輸入輸出點完全滿足技術改造的需要，具有較高的性價比。

（2）合理設置變頻器參數，選擇由變頻器端子控制的多頻段運行方式。

交流變頻器選用的是成都佳靈公司的產品[2]，在性能和質量上也均能滿足生產需要。為了保證砂輪線速度降低時，能夠給予適當的速度補償，也為了使調速部分的控制簡單，需要將變頻器設置為多頻段運行方式。這樣就可以保證砂輪磨損在一定的范圍內時使用一種速度；當砂輪繼續磨損時，將變頻器頻率略微提升，從而達到基本保持砂輪線速度基本恒定。多速度運行如圖1所示。

（3）砂輪磨損檢測。

在磨削過程中，每一個工件加工結束后機床會自動補償，故可在床身處安裝磁敏傳感元件。磁敏傳感元件有利于在惡劣的生產環境使用，因此可通過其采樣砂輪磨損值，運行過程中可將信號反饋給可編程控制器，通過PLC控制變頻器輸出頻率，從而控制砂輪電機的轉速。

4 砂輪電機控制系統設計

（1）主回路如圖2所示，其中RST為復位停止運行端，FR為啟動控制端，2DF、3DF與COM的不同接通方式，可以選擇不同輸出頻率，即可以使變頻器運行在多頻段方式，M為砂輪電機。

（2）控制系統如圖3所示，X00、X01分別為砂輪啟動、停止按鈕輸入端；X02～X05分別是砂輪磨損檢測輸入端。

（3）程序流程如圖4所示，機床總電源打開后，按下SB1按鈕，此時變頻器的FR端子與COM端子接通，變頻器以起始頻率運行；在磨削過程中，每加工一個工件，機床會自動補償，因此當砂輪磨損到一定程度時，會被X03檢測到，這時PLC會自動選擇輸出頻率1，以此類推，直到砂輪磨損至無法繼續使用為止。

5 結束語

把變頻技術與PLC技術結合起來，通過對原有機床砂輪電機控制系統的技術改造，克服了在磨削過程中由于砂輪線速度不斷降低而產生的對產品質量、加工效率等方面不利的影響，在生產車間的試運行過程中取得了良好的效果，不僅產品表面粗糙度得到有效的保證，而且由于更換砂輪的周期延長，一定程度上減輕了操作工人的勞動強度，生產效率也有了進一步的提高。

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參考文獻

[1]俞國亮.PLC原理與應用(三菱FX系列)[M].北京：清華大學出版社，2005.

[2]JP6C-T型全數字式電力變頻器手冊.

作者簡介：胡晗（1970-），碩士研究生，原襄陽汽車軸承股份有限公司電氣工程師，現為襄樊學院物電系講師，長期從事機床電氣自動化方面的研究；劉軍，湖北襄樊供水總公司工程師。