大型轴承往复式双端面磨床数控系统

　　摘　要：简要介绍了大型轴承双端面磨床的现状、存在的问题和应采取的措施；重点介绍了大型轴承往复式双端面磨床的研发情况和Power mate0数控系统及其设计编程，给出了数控系统连接图。
　　关键词：大型轴承；端面磨床；设计；Power mate0数控系统
　　随着我国机械工业的发展，对大型轴承提出了更严格的要求，提供高精度的大型轴承，已成为轴承行业一个新的经济增长点。轴承精度的提高也对轴承双端面磨床的加工提出了更高的要求，目前国内该类机床仍需进口，既要花费大量资金，也不利于我国轴承装备技术的发展，因此我们研制开发了大型轴承往复式双端面磨床，满足了生产的需要，现介绍如下。
　　1　电气控制部分的关键技术
　　1.1功率伺服电机的自动控制
　　因为所加工的轴承直径较大，要求该机床加工时砂轮的磨削力矩>35N.m，若采用35N.m以上的大功率伺服电机，其控制系统价格昂贵，因此采用交流伺服电机+减速器实现，电机的输出扭矩只需22N.m即可，大大降低了数控系统的成本。
　　1.2双端面平行度的精度控制
　　由于此类产品均要求很严的平行差。因此采用了数控系统，其控制精度可在1μｍ以内，完全能满足控制精度的要求。
　　1.3磨削砂轮的变速控制
　　两个磨削砂轮之一要求实现无级变速，采用变频器即可实现。
　　1.4技术指标
　　加工工件外径：150~400mm
　　加工工件宽度：20~140mm
　　生产节拍：40~50s/件（Ø250~400mm）
　　　　　　　20~30s/件（Ø150~250mm）
　　加工精度：平行差3~4μｍ
　　2　数控系统
　　2.1选型
　　目前我国轴承行业加工大型轴承双端面使用的都是进口机床。首先对生产工艺进行优化，如增加砂轮手动修整，使砂轮的修整更加灵活，减少砂轮的消耗，使机床的某些操作更符合我国操作工的习惯等。在此基础上进行控制系统的选型，采用Power mate0数控系统。本系统的两个磨削砂轮功率是35kW，进给伺服电机的功率要求也很大，通常伺服电机的功率越大，其要求的数控系统档次越高，价格也就越贵。因此，在进给伺服电机的输出端接有减速装置，既保证了进给功率，又降低了对伺服电机功率的要求，从而大大降低了大型双端面磨床电气控制系统的成本。
　　2.2Power mate0数控系统
　　数控系统的连接结构图如图1所示。 　　图中Power mate0是控制单元，CRT/MDI是数控系统的显示和操作面板，它们组成了数控系统的控制核心，用来完成梯形图逻辑动作的控制和数字进给程序的NC控制。QD1和QD2分别是两台22N.m的进给伺服电机M1和M2的伺服驱动装置，Power mate0根据编写的数字进给NC程序提供控制给伺服驱动装置，控制伺服电机的进给运动。为了提高控制精度，伺服电机M1和M2都带有增量式编码器，直接反馈给伺服驱动装置。因本双端面磨床需要的输入点和输出点比较多，因此需用两块I/O模块，Z大有96个输入点和64个输出点，通过50芯的扁平电缆插座端CE56和CE57接至输入输出接口端子板，用于连接机床强电柜或机床操作面板，在本磨床中，梯形图逻辑动作控制的执行条件通过输入点传送给Power mate0，执行动作由Power mate0通过输出点输出给机床来完成。
　　该数控系统有以下几种工作方式：EDIT（存储编辑方式）、MEM（自动运行方式）、MDI（手动数据输入方式）、STP（单步进给方式）、JOG（手动进给方式、）REF（返回参考点方式）。
　　由于伺服电机M1和M2都带有增量式编码器，因此，每次机床接通电源后，伺服电机都要返回参考点。在CNC机床上，通常设有特定的机械位置作为坐标系参考点。返回参考点首先要选择REF方式即返回参考点方式，在此方式下寻找机械参考点。另外，很多机床的数据需要根据实际加工情况进行不断修改，因此，这些不定的数据在MDI方式下由操作工直接输入，而不需要改变已调试完成的程序。
　　2.3设计、编程
　　该机床的生产加工过程并不复杂，大型轴承套圈在两个大砂轮之间由逻辑控制实现往复运动，两个大砂轮旋转，并由伺服电机通过数控系统控制其进给，挤压两端面进行磨削，完成大型轴承套圈两个端面的粗磨、细磨和光磨。每加工两三个工件就要进行砂轮的补偿，并且加工八九个工件就要进行砂轮的修整。一般的数控系统只有一个数控主程序（自动加工程序作为主程序），一个逻辑控制即PLC的梯形图程序。而本机床需要多个数控程序并存。因此利用数控系统特有的工件号检索信号PN0-PN3通过梯形图编程可以调用多达16个子程序，本系统共设计了13个并存的数控程序，分别为自动加工程序、左端面进、左端面退、右端面进、右端面退、进给补偿、自动修整、前进端设定、左砂轮进至加工位、左砂轮退至修整位、右砂轮进至加工位、右砂轮退至修整位及紧急返回。这13个程序分别由不同的控制按钮控制，增加了操作的灵活性。
　　本机床的很多数据需要根据实际加工情况进行不断修改，如砂轮的粗、精修整次数等。因此采用用户宏程序来编写以上的数控程序。在用户宏程序中，数值可直接指定，也可用变量号指定。用变量号指定时，其数值可以用MDI键盘或程序修改，变量用“#”号和其后的数值指定。数控系统的变量种类如表1所示，本机床的用户宏程序采用#500~#531的变量。 　　采用数控系统控制大型轴承往复式双端面磨床提高了劳动生产率，经济效益显著。投入使用后，性能稳定，操作方便，其产品性能均达到国外同类产品的技术水平，各项技术指标达到设计要求。