數(shù)控直線導(dǎo)軌磨床工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)方式的改造

陜西漢江機(jī)床有限公司 (漢中 723003) 付曉燕 李 磊

數(shù)控直線導(dǎo)軌磨床工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)方式的改造

陜西漢江機(jī)床有限公司 (漢中 723003) 付曉燕 李 磊

某型號(hào)數(shù)控直線導(dǎo)軌磨床是筆者所在公司為進(jìn)一步發(fā)展?jié)L動(dòng)直線導(dǎo)軌產(chǎn)業(yè)，提高國(guó)內(nèi)直線導(dǎo)軌的精度和生產(chǎn)效率，自主研發(fā)的高精度直線導(dǎo)軌磨床。其適用于加工長(zhǎng)度為4 m范圍內(nèi)、規(guī)格為28～85 mm的普通型及重載型直線導(dǎo)軌的磨削加工。該機(jī)床長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，工件就有振紋出現(xiàn)，針對(duì)這一現(xiàn)象，對(duì)該機(jī)床工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了改進(jìn)，有效解決了影響機(jī)床正常使用的技術(shù)難題。

1.工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)原理

圖1所示為該機(jī)床工作臺(tái)傳動(dòng)原來采用的伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式原理圖。伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)帶傳動(dòng)減速后，帶動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的絲杠回轉(zhuǎn)，由螺母進(jìn)一步帶動(dòng)工作臺(tái)直線移動(dòng)。該驅(qū)動(dòng)方式雖具有結(jié)構(gòu)緊湊、易于控制、便于調(diào)試和維修等優(yōu)點(diǎn)，但在機(jī)床長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，工件就有振紋出現(xiàn)，嚴(yán)重影響到工件的加工質(zhì)量。

圖1 工作臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式原理圖

2.工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)改造方案

經(jīng)分析研究，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因?yàn)?該機(jī)床臺(tái)面行程大，絲杠在重力作用下產(chǎn)生撓度;長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，絲杠下蕩嚴(yán)重，引起托架托起時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，使得磨出的工件產(chǎn)生振紋。為避免振紋產(chǎn)生，經(jīng)反復(fù)論證與優(yōu)化，決定摒棄工作臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，改用液壓缸驅(qū)動(dòng)。圖2所示為工作臺(tái)液壓缸驅(qū)動(dòng)方式原理圖。恒溫油泵提供動(dòng)力，液壓缸帶動(dòng)工作臺(tái)直線移動(dòng)。電磁比例閥調(diào)節(jié)液壓缸流量，進(jìn)一步控制工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度。

圖2 工作臺(tái)液壓缸驅(qū)動(dòng)方式原理圖

3.工作臺(tái)液壓缸驅(qū)動(dòng)方式的實(shí)現(xiàn)

機(jī)床工作臺(tái)換向運(yùn)動(dòng)是否平穩(wěn)可靠，直接影響著機(jī)床的磨削性能。為了進(jìn)一步保證換向運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，工作臺(tái)除了安裝換向開關(guān)外，還設(shè)置了行程限位開關(guān)。當(dāng)換向開關(guān)出現(xiàn)故障不能正常工作時(shí)，行程限位開關(guān)可以起到防護(hù)作用，從而防止造成機(jī)械部件的損傷。

液壓控制采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的PLC模擬輸出模塊，根據(jù)其輸出電壓的大小 (0～+10 V)控制電子放大器的輸出電流，電子放大器輸出電流的大小與比例閥閥芯位置 (比例閥的開口度)成比例，從而實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)液壓缸的流量，進(jìn)一步控制工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度。

(1)比例閥和電子放大器的工作原理 經(jīng)選型論證，液壓缸采用 ATOS公司的DPZO—LES—PS—PS—273—S5型比例換向閥和E—RI—LES型數(shù)字式集成電子放大器進(jìn)行控制，比例閥與電子放大器集成一體。電子放大器提供給比例閥一適量的電流值，比例閥根據(jù)其輸入電流的大小提供無壓力補(bǔ)償?shù)牧髁靠刂疲瑥亩贡壤y的調(diào)整量與電子放大器供給的輸入電流一致。

利用電子放大器的E—SW軟件對(duì)其基本參數(shù)進(jìn)行配置后，由于比例閥的液壓調(diào)節(jié)在開關(guān)切換過程中存在死區(qū)，故需啟用電子放大器的偏置功能。偏置功能是指在電子放大器輸入信號(hào)的基礎(chǔ)上，疊加一個(gè)固定的偏置信號(hào)門限。通過啟用該功能，可以補(bǔ)償 (調(diào)節(jié))比例閥在死區(qū)內(nèi)的間斷。筆者在設(shè)置了增益、偏置、門限和零偏參數(shù)后，還啟用了比例放大器的斜坡功能。斜坡信號(hào)發(fā)生器可將突然改變的輸入信號(hào)，轉(zhuǎn)換為隨時(shí)間而平滑增 (減)的電流信號(hào)，進(jìn)一步控制比例閥的開口度。斜坡功能既可保證工作臺(tái)平穩(wěn)換向，也使得工作臺(tái)啟停平穩(wěn)。

(2)電氣接線 為了防止液壓系統(tǒng)零漂所引起的工作臺(tái)爬行，另對(duì)使能信號(hào)做了特殊處理。當(dāng)需要工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，只有選定移動(dòng)方式，并確認(rèn)工作臺(tái)移動(dòng)方向后，使能信號(hào)才能有效;當(dāng)工作臺(tái)不動(dòng)時(shí)，將使能信號(hào)斷開，數(shù)控系統(tǒng)不再有電壓輸出，工作臺(tái)也就不會(huì)產(chǎn)生因漂移而造成的爬行。圖3所示為數(shù)控系統(tǒng)的PLC模擬輸出模塊的電氣接線圖。

圖3 電氣接線圖

(3)控制程序編制 西門子840D數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控單元、人機(jī)通信單元及PLC 3部分組成。其8X0D toolbox中提供了FB2(GET)和FB3(PUT)功能塊程序，其中FB2用于讀取NC參數(shù)和NC變量，F(xiàn)B3用于寫NC參數(shù)和NC變量。采用上述兩個(gè)功能塊與NC_Var Selector軟件，實(shí)現(xiàn)840D的NC與PLC之間的數(shù)據(jù)通訊。

該機(jī)床工作臺(tái)的操作方式有兩種:點(diǎn)動(dòng)操作和自動(dòng)操作。點(diǎn)動(dòng)操作是在手動(dòng)方式下，通過按鍵選擇 (左右)啟動(dòng)工作臺(tái)向左或右運(yùn)動(dòng)，主要用于裝卸工件或找正磨削基準(zhǔn)面;自動(dòng)操作在MDI(半自動(dòng))或AUTO(自動(dòng))方式下，運(yùn)用M代碼可使工作臺(tái)連續(xù)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，主要用于磨削加工過程中。在任何操作方式下，可以通過直接改變相應(yīng)R變量的值或采用逐漸增大 (減小)按鍵來改變840D數(shù)控系統(tǒng)的PLC模擬輸出模塊的電壓值，從而直接對(duì)工作臺(tái)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用逐漸增大 (減小)按鍵對(duì)模擬電壓值控制的PLC程序?yàn)?

4.結(jié)語

找到了某型號(hào)數(shù)控直線導(dǎo)軌磨床長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后工件產(chǎn)生振紋的原因，將該機(jī)床工作臺(tái)原采用的伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)改為液壓缸驅(qū)動(dòng)方式，基于西門子840D數(shù)控系統(tǒng)，對(duì)優(yōu)選的集成電磁比例閥和電子放大器進(jìn)行了硬件接線和控制程序設(shè)計(jì)。經(jīng)反復(fù)調(diào)試，優(yōu)化了機(jī)床工作臺(tái)的運(yùn)行參數(shù)和數(shù)控系統(tǒng)的控制參數(shù)。

20131225)