WENTAST 自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用在WENDT D506 數(shù)控輥環(huán)磨床上的應(yīng)用

陳冬梅

（南京鋼鐵集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210035）

WENDT D506 數(shù)控輥環(huán)磨床專為加工硬質(zhì)合金輥環(huán)而設(shè)計(jì)，由德國(guó)WENDT GmbH 公司制造，其數(shù)控系統(tǒng)使用的是SIEMENS 840D sl 三軸計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)技術(shù)。硬質(zhì)合金輥環(huán)槽間距、槽深的測(cè)量通過和控制系統(tǒng)融為一體的WENTAST自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。此系統(tǒng)可以測(cè)量砂輪及輥環(huán)數(shù)據(jù)，如果磨削后尺寸超差，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警提示，可以在磨削進(jìn)行過程中進(jìn)行編程，程序可存儲(chǔ)到U 盤上。標(biāo)準(zhǔn)RS232 接口可以外接PC，方便程序及數(shù)據(jù)管理，前期磨削的程序可重復(fù)使用，所有參數(shù)可以調(diào)出和存入，用于下次加工相同的轆環(huán)，重復(fù)精度極高。

1 設(shè)備主要結(jié)構(gòu)和參數(shù)

1.1 設(shè)備主要結(jié)構(gòu)

WENDT D506 數(shù)控輥環(huán)磨床主要由床身、磨削總成、工件總成、WENTAST 自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、磨削液冷卻系統(tǒng)、靜電除塵系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。床身整體以及磨削總成、工件總成均采用抗震性能極強(qiáng)的灰口鑄鐵澆鑄，磨削進(jìn)給兩軸由直徑63mm 的滾珠絲桿和交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。工件滑軌沿床身長(zhǎng)度導(dǎo)軌方向移動(dòng)，工件軸頭架安裝在其上面。工件滑軌的底部與床身緊固連接 井與工件滑軌成直角。液壓箱安裝在床腔后面，一個(gè)油嘴和一個(gè)泊位指示器位于磨床的左右兩邊。冷卻液的進(jìn)出口位于磨床的左側(cè)，磨床右側(cè)是控制電柜，內(nèi)部有電器控制、WENDT 控制系統(tǒng)，包含所有供給和輔助件以及可以任意擺動(dòng)連接的操作控制面板，控制電柜配有強(qiáng)力冷卻系統(tǒng)。

1.2 設(shè)備主要參數(shù)（表1）

2 WENTAST 自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)

WENTAST 自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)是一個(gè)集成在控制系統(tǒng)內(nèi)高精度二維電子測(cè)量系統(tǒng)，能自動(dòng)測(cè)量輥環(huán)槽孔中心間距、槽深并能檢測(cè)槽型。砂輪和輥環(huán)的初始位置也可以通過WENTAST 自動(dòng)測(cè)量，從而確保加工的一致性和可靠的磨削結(jié)果，所有的測(cè)量控制都融入程序中，任何數(shù)據(jù)均可以在磨削過程中自動(dòng)獲取。對(duì)于需要修磨的輥環(huán)，僅通過測(cè)量可以自動(dòng)計(jì)算出修磨量，磨床自動(dòng)進(jìn)行修磨，當(dāng)測(cè)出的偏差超出允許尺寸公差時(shí)會(huì)自動(dòng)修磨。該測(cè)量系統(tǒng)包括校正單元和測(cè)量單元兩部分。

校正單元安裝在工件軸滑板上，用來確定“X”和“Z”軸的補(bǔ)償值，確定砂輪外形中心點(diǎn)至測(cè)量裝置上紅寶石球中心的距離，如同工件軸頭那樣，校正單元可以手動(dòng)移動(dòng)，校正單元在縱向臺(tái)面上的夾具是通過鎖緊螺母和無扭曲螺栓、夾緊楔形塊和縱向臺(tái)面的夾緊面產(chǎn)生的摩擦力固定。校正單元的主要特點(diǎn)是它安裝在一對(duì)并列的精密導(dǎo)軌上，測(cè)量面上帶有菱形相對(duì)布直的測(cè)量尺，和磨削滑軌一起平行移動(dòng)，并且在其測(cè)量行程內(nèi)任何位置上，通過由程序控制的氣動(dòng)夾緊裝置，不需要復(fù)位而安全地在任何位置定位。為防止冷卻液進(jìn)入，校正單元充入壓縮空氣作保護(hù)氣，見圖1。

表1

圖1 校正單元裝置

測(cè)量單元安裝在磨削軸滑板上，它是用測(cè)量頭來確定工件表面及端面的位置，相應(yīng)的用二維測(cè)量磨過的曲面或槽孔上預(yù)先選定的點(diǎn)。其測(cè)量單元的機(jī)械系統(tǒng)主要包括測(cè)頭、搖擺臂、支撐軸承和氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。為了取得測(cè)量數(shù)據(jù)，搖擺臂從靜止?fàn)顟B(tài)旋轉(zhuǎn)180 度進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)，移動(dòng)到最終位置時(shí)，通過氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)模塊來減震。當(dāng)接近測(cè)量狀態(tài)時(shí)，搖擺臂的移動(dòng)會(huì)通過減震器進(jìn)一步減緩。在測(cè)量狀態(tài)時(shí)，搖擺臂處于預(yù)張力下由一個(gè)限位球支撐，搖擺軸通過一個(gè)雙向觸式球軸承支撐，絕對(duì)自由旋轉(zhuǎn)，見圖2。

圖2 測(cè)量單元裝置

3 WENTAST 自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 校正單元的應(yīng)用

校正單元的參考點(diǎn)通過手動(dòng)接觸校正裝置和砂輪中心來確定。在每次更換砂輪后，須重新校正。校正可以精確定義探測(cè)頭和砂輪的相對(duì)距離，見圖3。

圖3 校正單元應(yīng)用

校正操作如下：

（1）建立條件,X軸退后，停止砂輪，松開校正裝置，測(cè)量探頭回原位。

（2）用砂輪移動(dòng)校正裝置，移動(dòng)量為從X 軸參考點(diǎn)到接觸板行程中間的限位開關(guān)。如果中間的限位開關(guān)還未被激活，X 方向繼續(xù)移動(dòng)，移動(dòng)量為行程中間限位開關(guān)到行程終點(diǎn)限位開關(guān)距離的一半，在行程中間限位開關(guān)被激活后，繼續(xù)校正，激活終點(diǎn)限位開關(guān)后，在此位置夾住接觸板。

（3）X 軸退回。

（4）探測(cè)頭轉(zhuǎn)到工作位置。

（5）探頭接近右側(cè)和左側(cè)接觸板，計(jì)算出 offset Z的數(shù)值。

（6）X 軸退回，松開夾緊。

（7）砂輪外圓在編程參考點(diǎn)位置接近左接觸板端面，直到行程中間限位開關(guān)被壓到。

（8）在此位置夾住接觸板。

（9）探測(cè)頭靠近左接觸板端面，計(jì)算出偏移值 X。

（10）退回X 軸，松開夾緊，校正完成。

3.2 測(cè)量單元的應(yīng)用

測(cè)量單元測(cè)量時(shí)，選定的測(cè)量點(diǎn)借助磨床“X”和“Z”軸靠近測(cè)量頭，一旦測(cè)量桿接觸后它即返回，通過它的微動(dòng)開關(guān)給磨床控制系統(tǒng)一個(gè)信號(hào)。測(cè)量桿具有較寬的測(cè)量范圍，測(cè)量頭上的紅寶石通過螺紋連接可以方便更換，測(cè)量單元的靜止和測(cè)量位置都有信號(hào)轉(zhuǎn)換器控制，見圖4。

圖4 測(cè)量單元應(yīng)用

在使用測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，工件位置在磨削時(shí)自動(dòng)測(cè)量得到。因此，下列誤差可以被補(bǔ)償:

（1）磨削主軸線性膨脹。

（2）砂輪法蘭安裝尺寸不精確。

（3）砂輪外圓不精確。

（4）工件主軸線性膨脹。

（5）工件裝夾軸向誤差。

（6）砂輪主軸和工件主軸在X 和Z 方向上的相對(duì)位置誤差。

在自動(dòng)測(cè)量時(shí)，探測(cè)頭接觸輥環(huán)外圓、槽兩側(cè)和槽深，測(cè)量出偏差值，該偏差值為相對(duì)于輸入的X 磨削量而言，如果測(cè)量偏差值大于正公差，重磨請(qǐng)求被設(shè)為1，通過改變?cè)O(shè)置參數(shù)，操作者可以自己決定是否重磨。基于當(dāng)前砂輪接觸點(diǎn)和探測(cè)頭與砂輪的偏移，結(jié)合測(cè)量點(diǎn)偏移X 和Z，探測(cè)頭在工件周邊和右端面的感應(yīng)位置會(huì)被確定。在得出測(cè)量結(jié)果后，砂輪與工件的接觸點(diǎn)被修正，工件零點(diǎn)對(duì)應(yīng)于磨削程序的測(cè)量，會(huì)被重修計(jì)算。

測(cè)量顯示輥環(huán)位置見圖5。

圖5 測(cè)量輥環(huán)位置

4 結(jié)語

WENTAST 自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)在WENDT D506 數(shù)控輥環(huán)磨床中的應(yīng)用，提高了加工精度，可達(dá)精度≤0.003 毫米，保證了輥環(huán)批量加工的一致性和可靠性，避免了由操作人員人工測(cè)量而產(chǎn)生的加工誤差，同時(shí)，節(jié)約了輥環(huán)加工時(shí)間，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，有良好的經(jīng)濟(jì)效益。