機(jī)床主軸箱溫升自動(dòng)檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

沈陽(yáng)機(jī)床成套設(shè)備有限責(zé)任公司 (遼寧 110142) 顧紅光

機(jī)床主軸箱在安裝機(jī)床上之前，需要進(jìn)行跑機(jī)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)溫度變化情況來(lái)檢驗(yàn)主軸箱內(nèi)軸承及齒輪安裝是否合格。一般情況是先把主軸箱臨時(shí)安到機(jī)床上轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，然后人工定時(shí)地用溫度計(jì)測(cè)量主軸箱內(nèi)的溫度，看其變化是否正常，此過(guò)程大概需要2 h，而且人工操作不可能完全按照工藝要求的時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)，因此人為因素會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不夠準(zhǔn)確，從而影響機(jī)床的加工精度，同時(shí)又會(huì)浪費(fèi)企業(yè)人力資源。

自動(dòng)控制機(jī)床主軸箱溫升的裝置，是應(yīng)用PLC編制控制程序，采用觸摸屏作為人機(jī)界面，采用溫度傳感器作為反饋器件，用變頻器控制異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速通過(guò)PLC 模擬量輸出接口輸出0～10 V 模擬電壓給變頻器控制轉(zhuǎn)速，兩個(gè)溫度傳感器分別安裝在前后軸承上，實(shí)時(shí)進(jìn)行溫度采集，然后PLC 進(jìn)行程序控制，按一定時(shí)間及轉(zhuǎn)速控制主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)置報(bào)警參數(shù)，如果在某一時(shí)刻主軸箱溫度數(shù)據(jù)與程序設(shè)定數(shù)據(jù)不符，即報(bào)警停止旋轉(zhuǎn)。應(yīng)用此裝置可以更準(zhǔn)確地檢測(cè)主軸箱安裝情況，節(jié)省人力及機(jī)床安裝時(shí)間。

1.主軸箱溫升工藝要求

主軸轉(zhuǎn)速?gòu)牡退倨?，依次運(yùn)轉(zhuǎn)(每級(jí)速度的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不少于2 min，在最高速度時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不少于1 h)，使主軸軸承達(dá)到穩(wěn)定溫度(穩(wěn)定溫度指每隔12 min 測(cè)量一次，每次溫升不超過(guò)1 ℃，考核時(shí)間不少于1 h)，檢驗(yàn)主軸軸承的溫度和溫升，溫度不得超過(guò)70 ℃，溫升不得超過(guò)35 ℃，前后軸承溫差不超過(guò)5 ℃，且只允許前軸承高。若溫度和溫升超過(guò)允值，需要調(diào)整與主軸相關(guān)的零件而影響到主軸精度，須重新檢查主軸精度(包括主軸的周期性竄動(dòng)、主軸的卡盤(pán)定位端面的跳動(dòng)及主軸卡盤(pán)定位錐面的徑向跳動(dòng))合格后重新進(jìn)行溫升試驗(yàn)。

主軸因?yàn)橛泄ぷ鬓D(zhuǎn)數(shù)高低之分，所以潤(rùn)滑方式有稀油和油脂潤(rùn)滑兩種，油脂潤(rùn)滑俗稱(chēng)跑“油膜”，即把軸承上的油脂慢慢跑開(kāi)，需要由低到高緩慢提高到最高轉(zhuǎn)速，卻最高轉(zhuǎn)速較高。稀油潤(rùn)滑則可以快速提高到最高轉(zhuǎn)速，卻最高轉(zhuǎn)速較低，圖1、圖2為兩種運(yùn)行方式的圖表:

圖1 油脂潤(rùn)滑主軸運(yùn)轉(zhuǎn)表

圖2 稀油潤(rùn)滑主軸運(yùn)轉(zhuǎn)表

2.人機(jī)界面編制

此裝置應(yīng)用觸摸屏控制，需要編制操作界面，畫(huà)面簡(jiǎn)介如下:

在主畫(huà)面(見(jiàn)圖3)中，有啟動(dòng)及潤(rùn)滑啟動(dòng)按鈕以及采集室溫按鈕。在工作時(shí)，應(yīng)先按采集室溫按鈕，然后按潤(rùn)滑啟動(dòng);當(dāng)潤(rùn)滑啟動(dòng)未按下時(shí)，啟動(dòng)按鈕不生效，此功能防止主軸箱在沒(méi)有油的時(shí)候轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)損壞主軸。同時(shí)在主畫(huà)面中還有運(yùn)行時(shí)間、速度顯示，及其溫度傳感器時(shí)時(shí)采集的前軸承、后軸承溫度，可以方便觀(guān)察主軸運(yùn)行狀況。

圖3 主畫(huà)面

在運(yùn)轉(zhuǎn)速度設(shè)定畫(huà)面(見(jiàn)圖4)，可以方便設(shè)定每段時(shí)間的主軸旋轉(zhuǎn)速度。

圖4 速度設(shè)定畫(huà)面

在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間設(shè)定畫(huà)面，可以進(jìn)行主軸速度運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間設(shè)定(見(jiàn)圖5)。

圖5 時(shí)間設(shè)定畫(huà)面

在主軸類(lèi)型選擇畫(huà)面中(見(jiàn)圖6)，可以設(shè)定幾組不同的主軸參數(shù);當(dāng)更換主軸時(shí)，可以直接選擇第幾種主軸，直接進(jìn)行下載，此種方法方便主軸更換時(shí)的大量數(shù)據(jù)輸入，方便操作，節(jié)省時(shí)間(此畫(huà)面需要做配方處理)。

圖6 主軸類(lèi)型選擇畫(huà)面

在主軸傳動(dòng)比的設(shè)定畫(huà)面(見(jiàn)圖7)中，當(dāng)更換主軸時(shí)，電動(dòng)機(jī)和主軸的傳動(dòng)比會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)更換主軸時(shí)可在此畫(huà)面中進(jìn)行設(shè)定修改。

圖7 主軸傳動(dòng)比設(shè)定畫(huà)面

溫升記錄畫(huà)面中(見(jiàn)圖8)，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)到溫度速度時(shí)，進(jìn)行定時(shí)的溫度采集，這里可記錄每段時(shí)間前后的溫升數(shù)據(jù)，并通過(guò)此數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)判斷此主軸是否合格及超出標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)可以報(bào)警停止主軸旋轉(zhuǎn)。

圖8 溫升記錄畫(huà)面

溫升曲線(xiàn)畫(huà)面(見(jiàn)圖9)可以實(shí)時(shí)觀(guān)察主軸溫度上升曲線(xiàn)，判定此主軸箱的裝配質(zhì)量。

圖9 溫升曲線(xiàn)畫(huà)面

溫升記錄畫(huà)面可以記錄溫升的數(shù)據(jù)，并用來(lái)U 盤(pán)輸出，可以供用戶(hù)保存數(shù)據(jù)。

操作說(shuō)明畫(huà)面，說(shuō)明了整個(gè)溫升的運(yùn)行過(guò)程，可供新操作者快速熟悉操作過(guò)程。

3.程序編制

此裝置應(yīng)用臺(tái)達(dá)PLC 及人機(jī)界面進(jìn)行控制，所用溫度傳感器為電壓傳感器，電壓范圍0～10 V、溫度范圍-20°～80°，PLC 模塊有兩個(gè)模擬量輸入接口及一個(gè)模擬量輸出接口，控制方式為電壓模擬量0～10 V 或電流模擬量4～20 mA，所用在此裝置中應(yīng)設(shè)置成為電壓控制方式。圖10 所示PLC 程序?yàn)閷?duì)應(yīng)的人機(jī)界面版本的設(shè)置、模擬量方式的選擇及對(duì)接收到溫度的處理及顯示。

圖10 操作說(shuō)明畫(huà)面

圖11、圖12 為對(duì)觸摸屏設(shè)定主軸分段運(yùn)行的時(shí)間的處理及主軸總運(yùn)行時(shí)間的累計(jì)控制。

圖11 時(shí)間設(shè)定

圖12 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間累計(jì)

圖13 為主軸運(yùn)轉(zhuǎn)的各個(gè)時(shí)間段所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速預(yù)置及模擬量輸出的處理。

圖13 主軸轉(zhuǎn)速的設(shè)定

圖14、15、16 為主軸最高轉(zhuǎn)速后對(duì)分段溫升的數(shù)據(jù)采集，以及溫升穩(wěn)定次數(shù)的判斷及處理。

圖14 溫升數(shù)據(jù)的采集

圖15 溫升穩(wěn)定判斷

圖16 溫升穩(wěn)定次數(shù)判斷

圖17 為主軸溫升過(guò)程中報(bào)警處理，此報(bào)警很重要，能夠防止主軸箱溫升太大造成軸承燒毀，相對(duì)人工操作有了很多的安全保證。

此裝置的設(shè)計(jì)能夠保證機(jī)床主軸箱溫升測(cè)試更加準(zhǔn)確，安全，從而保證機(jī)床的加工精度，同時(shí)也能夠?yàn)槠髽I(yè)減少人力資源。

圖17 報(bào)警的控制