軸承加工磨床數控化改造的應用研究

孫鵬飛

摘 要：本次數控化改造結合軸承加工磨床來應用西班牙進口數控技術以及相應配套的改造系統，實現全自動化進給。在機電控制系統上，采用FAGOR的PLCI來替代原有的系統。本次改造主要涉及到三個方面，分別是電氣系統機械系統以及液壓系統。在改造完畢后，加工精度得到了很大的改善，同時增加了控制功能，大大改善了其應用效果，下面對改造流程進行簡要分析。

關鍵詞：數控化改造；磨床；FAGO R 8025M CNC；集成 PLCI

現在我國國內的數控磨床技術仍然是比較落后的，加工速度有限、精度不足，效率也較差，仍然無法適應于全自動磨削等多種加工方式，難以進行小批量生產，同時其功能較少，無論是進給速度還是進給量都難以有效控制，加工產品質量控制難度大，同時工件在加工過程中也容易少商；其次是在生產過程中，砂輪損耗非常大，同時設備也有很高的故障率，一旦失控很難維修。針對上述問題來說，我們可以采用單片機+plci來取代電氣系統，改進軸承加工磨床。

1 磨床數控化改造方案

為了可以讓磨床數控化改造取得真正的實際效果，需要我們對現階段存在的問題進行分析，之后才能制定出完善的方案來加以改造。

1.1 硬件部分的改造

結合現階段磨床加工中存在的問題，首先可以在砂輪架主軸當中加入套筒動靜壓混合軸承，砂輪機進給系統可以采用滾珠絲杠來提供制動作用，其特點在于具有較好的剛性和較高的精度，液壓系統當中需要我們在原有加工磨床的基礎上，移除下面幾個結構：切入油缸結構、快進油缸結構、補償結構和閘缸，只將潤滑結構保留下來。

在本次磨床數控化改造當中，電氣系統是改造的重點環節，本次采用西班牙進口cnc系統以及配套plci系統。本磨床具有相當高的加工精度要求，這也是本次采用該cnc系統的原因，其也剛好可以符合于本機床的改造需要，使用其集成的plci來替代原繼電器的控制性技系統用于控制機床，采用專門退磁器和充磁器來實現磁力控制功能。

1.2 軟件部分改造

在軟件部分的改造當中，對cnc系統進行了二次開發，使用其集成的plci語言來形成了一套機床控制程序，這樣讓其具備了緊急關停和油泵啟停等多方面功能，使用該軟件系統還能大幅提高磨床控制精度，實現電氣連鎖，形成安全保護功能。

在此基礎上進一步優化機床參數，大大提高系統精度和可靠性，進一步實現其控制性能。

2 西班牙FAGOR8025MCNC

FAGOR8025CNC為模擬式數控系統，可接收方波、正弦波信號的編碼器、光柵反饋。FAGOR模擬式交流伺服（和8025配套）ACS系統。在ACS系統中有一個7段顯示器，7段顯示器可顯示ACS的狀態以及報警信息。X1的1、2、3端輸出10V電壓，可以用作24V的電源或用于使能信號。5、6二腳為差分的速度指令信號，來自CNC。第7腳為電流命令信號，依靠J4跳接線切換。8、9二腳分別為實際速度、實際電流，可以向外輸出，接速度表和電流表。X2的1、2腳為ACS報警輸出信號，通過外接24V電源，接通繼電器。3、4腳分別為外部的速度和驅動使能信號，一般為24V輸入，亦可以用X1的10V輸出取代。6、7腳為驅動OK輸出信號，作為ACS準備好的握手信號。X3為ACS的控制電源輸入，220V交流。FAGORPLCI的程序由主程序（PRG）、周期性執行的子程序（PE1）和初始化程序（CY1）組成。輸I1～I104，輸出O1～O64。

3 數控化改造的硬件連接環節

3.1 機械系統硬件連接

本砂輪架主軸系統使用的是套筒動靜壓混合軸承主軸，其具備高精度、高剛度的優勢。砂輪傳動帶動機構為一級三角皮帶，其正面具備壓力表，可以很好地觀察軸油腔壓力。砂輪架進給系統也是經由后部電機經聯軸器向滾珠絲杠傳遞，滾珠絲杠螺母進一步帶動砂輪架移動。絲杠在前端定位，并且在前端固定和后端浮動的支撐之下，采用四聯精密絲杠來對軸承進行支撐。后端軸承采用兩個精密角接觸球軸承。在傳動系統中，3ME2116磨床為單軸（X軸）進給。砂輪架進給（X軸）即交流伺服電機通過聯軸器，經由滾珠絲杠FFZD5005-5-P2/70PX455，最終帶動砂輪架高速或低速進給，實現磨削。在液壓系統中，由于FAGOR8025M數控系統可以有效控制機床的液壓和潤滑，為了減少不必要的機械部分，在原3ME2116磨床的基礎上取消切入油缸機構、快進油缸機構、補償機構、閘缸及控制部分，只保留了潤滑部分。

3.2 電氣系統硬件連結

CNC與其集成的PLC及外部輸入輸出、鍵盤、電源/驅動、顯示器等模塊的連結如圖1所示。顯示器CRT直接掛接在CNC上；CNC通過RS232口傳送和接收外部數據；CNC通過I/O3口控制電源/驅動模塊，進而控制加工軸X軸的進給，與此同時X軸反饋經由的編碼輸出傳送到CNC的A1；CNC集成的PLC通過I/O1、I/O2口處理外部信號的輸入和輸出。

4 結束語

本磨床經過了一定的數控化改造后重新投入生產，根據相關統計資料現實，其在近半年后已經完成了接近八萬套軸承套圈的加工，經過改造后，所加工的工件表面質量有了明顯的改善，可以表面粗糙度已經達到了0.2微米，加工效率也為原來的160%。同時其磨頭主軸從瓦塊動壓軸承改變為動靜壓軸承，主軸跳動也明顯降低，實現了加工精度的提高。在改造之后，其技術參數得到了明顯的提高，外徑尺寸誤差已經可以低于20微米，所以不難發現，經過數控化改造，機床加工精度明顯提高，控制功能也得到了增加，自身穩定性得到了保證。本文針對相關改造措施進行了一些總結和分析，希望可以給相關工作的開展提供一些參考。

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