球軸承外圈溝道雙頭磨床的數(shù)控化改造

侍洪隊

(阜陽軸承有限公司，安徽 阜陽 236023)

1 機床的現(xiàn)狀

原3MZ1410S球軸承外圈溝道雙頭磨床在結(jié)構(gòu)設(shè)計上存在諸多問題，如：電主軸懸臂較長，2個磨架易產(chǎn)生共振；工件采用螺母絲杠進給，磨損較快；工件導軌采用靜壓導軌，存在維護成本高和不穩(wěn)定等問題。另外，該設(shè)備已使用十余年,精度嚴重喪失，導致故障率高、加工產(chǎn)品的精度較差，尤其是套圈溝道的圓度。針對這種情況，為進一步發(fā)揮老設(shè)備的功效和潛在價值，節(jié)約成本，對一批3MZ1410S磨床進行數(shù)控化改造，將設(shè)備精度提高到可以滿足目前產(chǎn)品加工工藝要求的水平[1]。

2 改造方案的制定

2.1 總體方案

為確保設(shè)備數(shù)控化改造取得成功，與新鄉(xiāng)日升數(shù)控軸承裝備有限公司進行合作，詳細分析改造方案的可行性[2]，最終確定將該設(shè)備改造為數(shù)控化球軸承內(nèi)圈內(nèi)圓雙頭磨床，改造后的設(shè)備型號為3MK2010S。

2.2 機械部分改造

2.2.1 工件進給部分

改進后工件進給部分結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由伺服電動機、聯(lián)軸器、絲杠、十字交叉導軌和上、下托板組成。通過伺服電動機驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)工件托板的快進、快退、進給、補償?shù)冗\動。由于滾珠絲杠具有傳動效率高、運行平穩(wěn)、精度高、同步性好等特點，用于代替原有的螺母絲杠結(jié)構(gòu)，不僅提高了機床的精度，同時克服了原結(jié)構(gòu)絲杠螺母副易磨損的缺點，機床穩(wěn)定性大幅提升。

1—伺服電動機；2—聯(lián)軸器；3—軸承；4—連接座；5—絲杠；6—螺母座；7—上托板；8—下托板；9—十字交叉導軌

2.2.2 磨架往復部分

鑒于原機床磨架部分電主軸懸臂較長，2個磨架易產(chǎn)生共振，改進結(jié)構(gòu)加長了磨頭座殼體，并增加了壁厚，以提高磨架的固有頻率。并且在磨架托板尾部增加配重塊，用以平衡磨架重量，減小磨架共振，達到試件磨削允許范圍。

磨架結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由電主軸、磨頭座、上下托板、油缸及配重塊等組成。磨頭座采用半剖式結(jié)構(gòu)，固定于上托板上，便于電主軸的安裝與夾緊。電主軸安裝在磨頭座中，通過高速旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)砂輪的高速磨削。油缸固定于上托板下，隨上托板一起運動。

1—電主軸；2—磨頭座；3—上托板；4—下托板；5—油缸；6—活塞桿；7—配重塊

2.2.3 修整器部分

原機床采用單點圓弧修整器修整砂輪，用于磨削外溝道。改造后機床用于內(nèi)圈內(nèi)圓的磨削，因此采用單點修整器，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由安裝座、底座、金剛筆架和金剛筆等組成。安裝座固定在進給托板上，底座固定在安裝座上；金剛筆安裝在金剛筆架上，金剛筆架固定在底座上；通過螺釘可以調(diào)節(jié)底座的前后位置，調(diào)整金剛筆的前后伸出量；金剛筆與磨架的運動方向成90°，修整時，磨架左右運動，金剛筆隨工件托板作微量進給運動。

2.2.4 測量儀表裝置

為提高磨削加工的效率和尺寸精度，在原機床的基礎(chǔ)上增加了測量儀表裝置，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。測量原理為：油缸活塞通過彈簧推動杠桿帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸上安裝有儀表架，通過儀表架旋轉(zhuǎn)，帶動測量儀表的測爪進、出工件孔徑，完成對工件的測量。

1—儀表架；2—軸承；3，13—轉(zhuǎn)軸；4—彈簧；5—活塞；6—油缸；7—調(diào)節(jié)螺桿；8—儀表；9—儀表座；10—工件磨削區(qū)；11—感應開關(guān)；12—杠桿；14—軸承座；15—支承座；16—頂桿

測量儀表結(jié)構(gòu)實際上利用了杠桿原理，如圖5所示，O點為轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)中心，OA為杠桿的有效距離，OB為工件回轉(zhuǎn)中心到轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)中心的距離，BD為儀表測爪進出工件的距離，AC為油缸活塞的移動距離。

圖5 儀表架擺動幾何關(guān)系示意圖

由于杠桿與儀表是通過轉(zhuǎn)軸連接的，轉(zhuǎn)軸擺動角度即為杠桿與儀表架擺動的角度，即圖5中的θ值。由相似三角形定理可知

從而可推出活塞桿的移動距離為

油缸活塞在推動杠桿時，杠桿與活塞的運動方向有一個夾角α，為避免α角對活塞桿運動產(chǎn)生影響，在活塞桿與杠桿的連接處增設(shè)彈簧以消除α角的影響。

2.2.5 振蕩裝置

為提高工件磨削的表面質(zhì)量、形狀精度和磨削效率，在原機床的基礎(chǔ)上增加了振蕩裝置，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。由于振蕩裝置與磨架部分的活塞桿連接在一起，電動機驅(qū)動皮帶輪使偏心機構(gòu)回轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動磨架往復振蕩。加工時，工件在橫向進給的同時，振蕩裝置使磨削砂輪沿工件軸向往復直線運動。

1—連接座；2—活塞桿；3—小轉(zhuǎn)軸；4—連桿；5—離合器；6—偏心套；7—偏心軸；8—皮帶輪

2.2.6 整體防護罩

為改善操作工人的工作環(huán)境，在原機床上增加了整體式防護罩，采用全封閉式結(jié)構(gòu)，同時在防護罩四周留有方便開合的門，便于設(shè)備維修。防護罩前側(cè)為玻璃窗推拉門，便于觀察調(diào)整。

2.3 電氣部分改造

電氣部分摒棄了原有液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)，采用伺服電動機-PLC-觸摸屏結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)；增加卡盤控制器，使原上磁線圈具備充、退磁功能，降低粗、精加工后工件的殘磁。

2.3.1 硬件系統(tǒng)

電氣部分硬件系統(tǒng)如圖7所示。

圖7 硬件系統(tǒng)組成

2.3.2 軟件設(shè)計

觸摸屏和部分PLC程序如圖8和圖9所示。

圖8 觸摸屏界面顯示

圖9 PLC部分程序

3 結(jié)束語

通過對該機床的一系列改造，達到了最初的設(shè)計目標。機床穩(wěn)定性和磨削精度得到提高，加工產(chǎn)品精度達到P5，節(jié)約了成本，實現(xiàn)了機床的改造升級。