萬(wàn)向錢(qián)潮股份有限公司 (浙江杭州 311215) 陳建強(qiáng)

在機(jī)械行業(yè)中，現(xiàn)階段已經(jīng)大量應(yīng)用了各類數(shù)控機(jī)床，極大地降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。由于自動(dòng)化程度較高，使一人雙機(jī)至多機(jī)操作成為可能，極大地提高了生產(chǎn)效率。但相當(dāng)多的機(jī)械制造企業(yè)，還有為數(shù)不少早期購(gòu)入的通用設(shè)備。該類設(shè)備的特點(diǎn)是通用性好，適應(yīng)各類產(chǎn)品的一般加工，但普遍的問(wèn)題是自動(dòng)化程度不高，基本上只能手工操作，生產(chǎn)效率也不高。因此，如何對(duì)老舊、通用設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化改造，是一個(gè)很重要的課題，也是提高生產(chǎn)效率，減少設(shè)備投資，充分利用老舊、通用設(shè)備的重要途徑。

1.普通內(nèi)圓磨床使用現(xiàn)狀

普通內(nèi)圓磨床主要用于軸套類機(jī)械零件磨削內(nèi)圓，為通用機(jī)床，國(guó)內(nèi)主要有成都及無(wú)錫兩家機(jī)床廠在進(jìn)行生產(chǎn)。該磨床的縱向運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)通過(guò)液壓(液壓缸推動(dòng)往復(fù)移動(dòng))，或手動(dòng) (搖動(dòng)手輪)實(shí)現(xiàn)，橫向移動(dòng) (切削進(jìn)給)只能通過(guò)搖動(dòng)進(jìn)給手輪手動(dòng)實(shí)現(xiàn)。本司使用的普通內(nèi)圓磨床型號(hào)為M2110A，用于翼型工程萬(wàn)向節(jié)總成中的軸承座盲孔內(nèi)底平面的磨削加工 (俗稱打內(nèi)平)。由于系縱向進(jìn)給磨削，所以無(wú)法進(jìn)行液壓進(jìn)給 (原裝機(jī)床液壓用于移動(dòng)及精磨內(nèi)圓時(shí)的振蕩動(dòng)作)。故本司20余年來(lái)，磨削的方式是拆除液壓聯(lián)接，手動(dòng)操縱手輪使工作臺(tái)縱向進(jìn)給加工 (手輪內(nèi)的齒軸與固定在工作臺(tái)底部的齒條嚙合);尺寸控制是在床身上安裝一只百分表，拖板上裝上撞塊，加工時(shí)撞塊與百分表接觸后目視百分表以進(jìn)行尺寸控制;砂輪磨損后的補(bǔ)償方式，是憑工人的經(jīng)驗(yàn)在下一件加工時(shí)增加幾絲。動(dòng)作多而繁瑣，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大，生產(chǎn)效率低。

2.自動(dòng) (數(shù)控)改造方案

(1)機(jī)械改造方案。進(jìn)給部分改造方案:由于采用液壓進(jìn)給機(jī)械機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，而且床身導(dǎo)軌與拖板之間的空間也很狹窄，經(jīng)多方比較，確定采用數(shù)控改造較好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)控使用也比較成熟(車(chē)間內(nèi)數(shù)控車(chē)床上使用較多)的數(shù)控系統(tǒng)，市場(chǎng)上該類數(shù)控系統(tǒng)價(jià)格也不高。橫向移動(dòng)根據(jù)工件規(guī)格大小調(diào)整后即固定不動(dòng)，因此不必進(jìn)行改造仍作保留，設(shè)計(jì)單軸 (縱向)數(shù)控系統(tǒng)即可。

首先需將拖板與床身內(nèi)的液壓缸拆除，床身上原液壓缸固定平面 (加工面)，作為絲杠軸承座安裝面。經(jīng)測(cè)量，根據(jù)空間與長(zhǎng)度的實(shí)際情況，選用490 mm×20 mm滾珠絲杠作為傳動(dòng)，里端采用兩只7204向心角接觸球軸承背靠背固定在安裝座上，實(shí)現(xiàn)絲杠軸向和里端的徑向定位。外端為混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，在床身外側(cè)固定，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸與絲杠軸通過(guò)一個(gè)自制的聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)彈性聯(lián)接 (該聯(lián)軸器一邊徑向加工剖開(kāi)，固定方式為螺桿擰緊抱緊，軸向距離可依實(shí)際略有伸縮)，絲杠后端徑向的定位為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速齒輪軸。同時(shí)，需將原手動(dòng)齒輪齒條式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拆除，否則將引起干涉，實(shí)際操作中只需拆除工作臺(tái)底部的齒條即可，保留外部的操作手輪，以保持磨床外觀的完整性。

圖1 數(shù)控改造機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖

砂輪修整方案:由于已取消液壓控制，且原有的砂輪修整器只能修整外圓，因此需另配修整器來(lái)修整砂輪端面，該裝置通過(guò)自行設(shè)計(jì)制作一套修整器來(lái)解決。砂輪修整負(fù)載很輕，因此在設(shè)計(jì)時(shí)采用氣壓控制來(lái)實(shí)現(xiàn)砂輪端面的修整。解決的方法是按砂輪中心高等高，自行設(shè)計(jì)，委外制作零件，組裝了一套砂輪修整座。其結(jié)構(gòu)為:一個(gè)鑄鐵底座，下部固定在磨床工作臺(tái)上，上部加工有一個(gè)帶鍵槽的φ30 mm的孔，中間配一支同為φ30 mm的軸，外圓上也加工出相同規(guī)格的鍵槽，兩者精密間隙配合，并通過(guò)長(zhǎng)平鍵實(shí)現(xiàn)修整軸縱向移動(dòng)的精度 (避免有間隙晃動(dòng)或扭轉(zhuǎn)而影響金剛筆的修整精度)。修整軸前端加工有安裝金剛筆的孔及固定螺孔，后端與安裝在砂整座上的φ40 mm×100 mm的單出頭氣缸活塞桿聯(lián)接，通過(guò)氣缸活塞的往復(fù)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)砂輪端面的修整，砂輪修整距離的橫向調(diào)整通過(guò)T形固定槽的前后移動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

圖2 砂輪修整器結(jié)構(gòu)示意圖

(2)電氣改造方案。原電氣均只能進(jìn)行手動(dòng)操作，磨頭、主軸及砂輪修整座等均為手工單步操作，需進(jìn)行改造。

數(shù)控系統(tǒng)的選用:本司車(chē)床常用的簡(jiǎn)式數(shù)控系統(tǒng)多數(shù)來(lái)自南京，有數(shù)碼管的，有液晶顯示的，有反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，也有伺服電動(dòng)機(jī)，經(jīng)多家單位比較，決定采用型號(hào)為XQ—80T的車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)，作為磨床的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用液晶顯示器，混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，最小分辨率為0.001mm，精度較高，價(jià)格不高，綜合性價(jià)比較好。

因?yàn)檐?chē)床使用與內(nèi)圓磨床不同，磨加工每加工一只產(chǎn)品砂輪均有磨損，如不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償，將無(wú)法保證加工尺寸精度及加工的連續(xù)性。一種方案為:通過(guò)加工程序的編制，可以實(shí)現(xiàn)每只加工后的補(bǔ)償，但操作上相對(duì)繁瑣不便。因此綜合考慮，經(jīng)與數(shù)控系統(tǒng)廠家多次協(xié)商交流，由廠家對(duì)數(shù)控系統(tǒng)軟件進(jìn)行修改，一件產(chǎn)品自動(dòng)加工完成后不在起始點(diǎn)也不會(huì)報(bào)警，砂輪補(bǔ)償量的多少通過(guò)程序中固定程度段中的數(shù)值修改實(shí)現(xiàn)，解決了砂輪磨損后的補(bǔ)償問(wèn)題。

3.組裝

(1)機(jī)械安裝。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及絲杠軸的安裝:根據(jù)測(cè)量的結(jié)果，預(yù)先加工一支絲杠替代軸，對(duì)里端軸承座固定，然后將替代軸、軸承、聯(lián)軸器及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組裝起來(lái)，電動(dòng)機(jī)端用墊塊臨時(shí)墊平，然后邊測(cè)量邊調(diào)整，使磨床V形導(dǎo)軌面與替代軸平行度控制在0.5 mm以內(nèi) (在相交90°軸母線上各測(cè)量一次)，確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)固定螺孔位置并進(jìn)行鉆孔攻螺紋加工，完成后將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用螺桿固定。之后對(duì)絲杠軸系的平行度進(jìn)行精確測(cè)量，根據(jù)測(cè)量的結(jié)果調(diào)整電動(dòng)機(jī)位置，直到調(diào)整到床身V導(dǎo)軌面與替代軸平行度在0.05 mm以內(nèi)后 (在相交90°母線上各測(cè)量一次)，緊固步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及絲杠軸承座。確認(rèn)無(wú)誤后，在電動(dòng)機(jī)安裝座和絲杠軸承座上用手電鉆分別加工φ6 mm深50 mm的孔，并用手用鉸刀加工成錐度φ6/1∶50圓錐銷(xiāo)孔，完成后用φ6 mm×40 mm圓錐銷(xiāo)固定。上述工作完成后用絲杠更換替代軸，完成進(jìn)給軸安裝。

絲杠螺母與磨床工作臺(tái)的固定:通過(guò)測(cè)量實(shí)際尺寸后制作螺母聯(lián)接板進(jìn)行安裝，但因?yàn)橐寻惭b有絲杠，空間狹窄，測(cè)量困難，實(shí)際分兩件進(jìn)行制作:一只為螺母套，外圓上加工出相互平行的兩面;一塊為螺母安裝板，下部加工出U形槽，可與螺母套間隙配合，分別在絲杠螺母上和工作臺(tái)上安裝，調(diào)整到合適位置后對(duì)該兩件進(jìn)行電焊焊接 (確保已定位)，完成對(duì)螺母聯(lián)接板精確安裝。

(2)電氣安裝。數(shù)控系統(tǒng) (數(shù)控箱)通過(guò)自帶的安裝架固定在機(jī)床床身上，以操作者操作宜人為準(zhǔn)，將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)航空插頭連線連接，主軸啟動(dòng)和停止，砂輪修整器的動(dòng)作，都通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)中“M”功能控制中間繼電器進(jìn)行自動(dòng)控制。

(3)加工程序及操作解析。加工程序說(shuō)明 (采用增量尺寸編程)如附表所示。

圖3 數(shù)控系統(tǒng)接線示意圖

加工程序說(shuō)明

修改尺寸操作 (以附表程序?yàn)槔叽缦虏?.05 mm，需調(diào)整的操作):按“%”鍵→輸入1822→按“SCH”鍵→按“↑”“↓”鍵翻到N40段→按“←”“→”鍵翻到W0.50→從鍵盤(pán)輸入W0.45→按“←”“→”鍵確認(rèn)是否修改成功。

新砂輪加工操作:①手動(dòng)修整好砂輪外圓 (確保不會(huì)碰傷內(nèi)圓表面)。②數(shù)控系統(tǒng)手動(dòng)狀態(tài)下退出到零線。③用目測(cè)法觀察砂輪端面與金剛筆尖的距離，確保砂輪修整架伸出后不會(huì)與砂輪相撞。④啟動(dòng)砂輪修整程序修整砂輪，如不能修整，則視具體情況手動(dòng)進(jìn)給后再修整，直到砂輪端面修整出為止。⑤轉(zhuǎn)到加工程序直接可進(jìn)行加工。

新砂輪剛開(kāi)始磨削時(shí)尺寸可能不穩(wěn)定，需待加工2～3個(gè)，穩(wěn)定后根據(jù)實(shí)際偏差進(jìn)行尺寸或補(bǔ)償量的調(diào)整。

4.結(jié)語(yǔ)

車(chē)床用數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用于磨床改造，屬于一種創(chuàng)新，從成本上來(lái)說(shuō)，極大地減少了改造成本。一般成熟的磨床數(shù)控系統(tǒng)，如西門(mén)子801D，F(xiàn)ANUC-0i系列磨床數(shù)控系統(tǒng)，功能多，使用效果好，但僅數(shù)控系統(tǒng)投資至少4萬(wàn)元以上，而應(yīng)用該數(shù)控系統(tǒng)，成本僅需0.6萬(wàn)元。

改造完成后，采用數(shù)控程序控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)給磨削，同時(shí)完成多種輔助動(dòng)作的控制，具體為:利用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軸承座內(nèi)平的自動(dòng)磨削進(jìn)給，利用自行設(shè)計(jì)的一套氣動(dòng)控制的砂輪修整器，實(shí)現(xiàn)砂輪端面的修整，確保每個(gè)加工的工件磨削的內(nèi)端面與外定位端面的距離符合產(chǎn)品圖樣的要求，又實(shí)現(xiàn)了砂輪的每只進(jìn)給補(bǔ)償。

自動(dòng)加工時(shí)，只需手工上下料，按起動(dòng)按鈕即可自動(dòng)完成全部動(dòng)作，并實(shí)現(xiàn)磨削后砂輪磨損的自動(dòng)補(bǔ)償，實(shí)際加工效果良好，并實(shí)行一人雙機(jī)操作，效率提高30%以上，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，與購(gòu)置新磨床單價(jià)約20萬(wàn)元/臺(tái)相比，節(jié)約了投資成本。