萬向錢潮股份有限公司 (浙江杭州 311215) 陳建強

在機械行業中，現階段已經大量應用了各類數控機床，極大地降低了工人的勞動強度。由于自動化程度較高，使一人雙機至多機操作成為可能，極大地提高了生產效率。但相當多的機械制造企業，還有為數不少早期購入的通用設備。該類設備的特點是通用性好，適應各類產品的一般加工，但普遍的問題是自動化程度不高，基本上只能手工操作，生產效率也不高。因此，如何對老舊、通用設備進行自動化改造，是一個很重要的課題，也是提高生產效率，減少設備投資，充分利用老舊、通用設備的重要途徑。

1.普通內圓磨床使用現狀

普通內圓磨床主要用于軸套類機械零件磨削內圓，為通用機床，國內主要有成都及無錫兩家機床廠在進行生產。該磨床的縱向運動，自動通過液壓(液壓缸推動往復移動)，或手動 (搖動手輪)實現，橫向移動 (切削進給)只能通過搖動進給手輪手動實現。本司使用的普通內圓磨床型號為M2110A，用于翼型工程萬向節總成中的軸承座盲孔內底平面的磨削加工 (俗稱打內平)。由于系縱向進給磨削，所以無法進行液壓進給 (原裝機床液壓用于移動及精磨內圓時的振蕩動作)。故本司20余年來，磨削的方式是拆除液壓聯接，手動操縱手輪使工作臺縱向進給加工 (手輪內的齒軸與固定在工作臺底部的齒條嚙合);尺寸控制是在床身上安裝一只百分表，拖板上裝上撞塊，加工時撞塊與百分表接觸后目視百分表以進行尺寸控制;砂輪磨損后的補償方式，是憑工人的經驗在下一件加工時增加幾絲。動作多而繁瑣，工人勞動強度較大，生產效率低。

2.自動 (數控)改造方案

(1)機械改造方案。進給部分改造方案:由于采用液壓進給機械機構比較復雜，而且床身導軌與拖板之間的空間也很狹窄，經多方比較，確定采用數控改造較好，結構簡單，數控使用也比較成熟(車間內數控車床上使用較多)的數控系統，市場上該類數控系統價格也不高。橫向移動根據工件規格大小調整后即固定不動，因此不必進行改造仍作保留，設計單軸 (縱向)數控系統即可。

首先需將拖板與床身內的液壓缸拆除，床身上原液壓缸固定平面 (加工面)，作為絲杠軸承座安裝面。經測量，根據空間與長度的實際情況，選用490 mm×20 mm滾珠絲杠作為傳動，里端采用兩只7204向心角接觸球軸承背靠背固定在安裝座上，實現絲杠軸向和里端的徑向定位。外端為混合式步進電動機，在床身外側固定，步進電動機軸與絲杠軸通過一個自制的聯軸器實現彈性聯接 (該聯軸器一邊徑向加工剖開，固定方式為螺桿擰緊抱緊，軸向距離可依實際略有伸縮)，絲杠后端徑向的定位為步進電動機減速齒輪軸。同時，需將原手動齒輪齒條式傳動機構拆除，否則將引起干涉，實際操作中只需拆除工作臺底部的齒條即可，保留外部的操作手輪，以保持磨床外觀的完整性。

圖1 數控改造機械傳動機構示意圖

砂輪修整方案:由于已取消液壓控制，且原有的砂輪修整器只能修整外圓，因此需另配修整器來修整砂輪端面，該裝置通過自行設計制作一套修整器來解決。砂輪修整負載很輕，因此在設計時采用氣壓控制來實現砂輪端面的修整。解決的方法是按砂輪中心高等高，自行設計，委外制作零件，組裝了一套砂輪修整座。其結構為:一個鑄鐵底座，下部固定在磨床工作臺上，上部加工有一個帶鍵槽的φ30 mm的孔，中間配一支同為φ30 mm的軸，外圓上也加工出相同規格的鍵槽，兩者精密間隙配合，并通過長平鍵實現修整軸縱向移動的精度 (避免有間隙晃動或扭轉而影響金剛筆的修整精度)。修整軸前端加工有安裝金剛筆的孔及固定螺孔，后端與安裝在砂整座上的φ40 mm×100 mm的單出頭氣缸活塞桿聯接，通過氣缸活塞的往復移動實現砂輪端面的修整，砂輪修整距離的橫向調整通過T形固定槽的前后移動實現。

圖2 砂輪修整器結構示意圖

(2)電氣改造方案。原電氣均只能進行手動操作，磨頭、主軸及砂輪修整座等均為手工單步操作，需進行改造。

數控系統的選用:本司車床常用的簡式數控系統多數來自南京，有數碼管的，有液晶顯示的，有反應式步進電動機，也有伺服電動機，經多家單位比較，決定采用型號為XQ—80T的車床數控系統，作為磨床的控制系統。該系統采用液晶顯示器，混合式步進電動機拖動，最小分辨率為0.001mm，精度較高，價格不高，綜合性價比較好。

因為車床使用與內圓磨床不同，磨加工每加工一只產品砂輪均有磨損，如不能實現自動補償，將無法保證加工尺寸精度及加工的連續性。一種方案為:通過加工程序的編制，可以實現每只加工后的補償，但操作上相對繁瑣不便。因此綜合考慮，經與數控系統廠家多次協商交流，由廠家對數控系統軟件進行修改，一件產品自動加工完成后不在起始點也不會報警，砂輪補償量的多少通過程序中固定程度段中的數值修改實現，解決了砂輪磨損后的補償問題。

3.組裝

(1)機械安裝。步進電動機及絲杠軸的安裝:根據測量的結果，預先加工一支絲杠替代軸，對里端軸承座固定，然后將替代軸、軸承、聯軸器及步進電動機組裝起來，電動機端用墊塊臨時墊平，然后邊測量邊調整，使磨床V形導軌面與替代軸平行度控制在0.5 mm以內 (在相交90°軸母線上各測量一次)，確定步進電動機固定螺孔位置并進行鉆孔攻螺紋加工，完成后將步進電動機用螺桿固定。之后對絲杠軸系的平行度進行精確測量，根據測量的結果調整電動機位置，直到調整到床身V導軌面與替代軸平行度在0.05 mm以內后 (在相交90°母線上各測量一次)，緊固步進電動機及絲杠軸承座。確認無誤后，在電動機安裝座和絲杠軸承座上用手電鉆分別加工φ6 mm深50 mm的孔，并用手用鉸刀加工成錐度φ6/1∶50圓錐銷孔，完成后用φ6 mm×40 mm圓錐銷固定。上述工作完成后用絲杠更換替代軸，完成進給軸安裝。

絲杠螺母與磨床工作臺的固定:通過測量實際尺寸后制作螺母聯接板進行安裝，但因為已安裝有絲杠，空間狹窄，測量困難，實際分兩件進行制作:一只為螺母套，外圓上加工出相互平行的兩面;一塊為螺母安裝板，下部加工出U形槽，可與螺母套間隙配合，分別在絲杠螺母上和工作臺上安裝，調整到合適位置后對該兩件進行電焊焊接 (確保已定位)，完成對螺母聯接板精確安裝。

(2)電氣安裝。數控系統 (數控箱)通過自帶的安裝架固定在機床床身上，以操作者操作宜人為準，將步進電動機通過航空插頭連線連接，主軸啟動和停止，砂輪修整器的動作，都通過數控系統中“M”功能控制中間繼電器進行自動控制。

(3)加工程序及操作解析。加工程序說明 (采用增量尺寸編程)如附表所示。

圖3 數控系統接線示意圖

加工程序說明

修改尺寸操作 (以附表程序為例，尺寸下差0.05 mm，需調整的操作):按“%”鍵→輸入1822→按“SCH”鍵→按“↑”“↓”鍵翻到N40段→按“←”“→”鍵翻到W0.50→從鍵盤輸入W0.45→按“←”“→”鍵確認是否修改成功。

新砂輪加工操作:①手動修整好砂輪外圓 (確保不會碰傷內圓表面)。②數控系統手動狀態下退出到零線。③用目測法觀察砂輪端面與金剛筆尖的距離，確保砂輪修整架伸出后不會與砂輪相撞。④啟動砂輪修整程序修整砂輪，如不能修整，則視具體情況手動進給后再修整，直到砂輪端面修整出為止。⑤轉到加工程序直接可進行加工。

新砂輪剛開始磨削時尺寸可能不穩定，需待加工2～3個，穩定后根據實際偏差進行尺寸或補償量的調整。

4.結語

車床用數控系統應用于磨床改造，屬于一種創新，從成本上來說，極大地減少了改造成本。一般成熟的磨床數控系統，如西門子801D，FANUC-0i系列磨床數控系統，功能多，使用效果好，但僅數控系統投資至少4萬元以上，而應用該數控系統，成本僅需0.6萬元。

改造完成后，采用數控程序控制實現自動進給磨削，同時完成多種輔助動作的控制，具體為:利用步進電動機實現軸承座內平的自動磨削進給，利用自行設計的一套氣動控制的砂輪修整器，實現砂輪端面的修整，確保每個加工的工件磨削的內端面與外定位端面的距離符合產品圖樣的要求，又實現了砂輪的每只進給補償。

自動加工時，只需手工上下料，按起動按鈕即可自動完成全部動作，并實現磨削后砂輪磨損的自動補償，實際加工效果良好，并實行一人雙機操作，效率提高30%以上，減輕了工人勞動強度。同時，與購置新磨床單價約20萬元/臺相比，節約了投資成本。