轴承加工磨床数控化改造的应用研究

孙鹏飞

摘 要：本次数控化改造结合轴承加工磨床来应用西班牙进口数控技术以及相应配套的改造系统，实现全自动化进给。在机电控制系统上，采用FAGOR的PLCI来替代原有的系统。本次改造主要涉及到三个方面，分别是电气系统机械系统以及液压系统。在改造完毕后，加工精度得到了很大的改善，同时增加了控制功能，大大改善了其应用效果，下面对改造流程进行简要分析。

关键词：数控化改造；磨床；FAGO R 8025M CNC；集成 PLCI

现在我国国内的数控磨床技术仍然是比较落后的，加工速度有限、精度不足，效率也较差，仍然无法适应于全自动磨削等多种加工方式，难以进行小批量生产，同时其功能较少，无论是进给速度还是进给量都难以有效控制，加工产品质量控制难度大，同时工件在加工过程中也容易少商；其次是在生产过程中，砂轮损耗非常大，同时设备也有很高的故障率，一旦失控很难维修。针对上述问题来说，我们可以采用单片机+plci来取代电气系统，改进轴承加工磨床。

1 磨床数控化改造方案

为了可以让磨床数控化改造取得真正的实际效果，需要我们对现阶段存在的问题进行分析，之后才能制定出完善的方案来加以改造。

1.1 硬件部分的改造

结合现阶段磨床加工中存在的问题，首先可以在砂轮架主轴当中加入套筒动静压混合轴承，砂轮机进给系统可以采用滚珠丝杠来提供制动作用，其特点在于具有较好的刚性和较高的精度，液压系统当中需要我们在原有加工磨床的基础上，移除下面几个结构：切入油缸结构、快进油缸结构、补偿结构和闸缸，只将润滑结构保留下来。

在本次磨床数控化改造当中，电气系统是改造的重点环节，本次采用西班牙进口cnc系统以及配套plci系统。本磨床具有相当高的加工精度要求，这也是本次采用该cnc系统的原因，其也刚好可以符合于本机床的改造需要，使用其集成的plci来替代原继电器的控制性技系统用于控制机床，采用专门退磁器和充磁器来实现磁力控制功能。

1.2 软件部分改造

在软件部分的改造当中，对cnc系统进行了二次开发，使用其集成的plci语言来形成了一套机床控制程序，这样让其具备了紧急关停和油泵启停等多方面功能，使用该软件系统还能大幅提高磨床控制精度，实现电气连锁，形成安全保护功能。

在此基础上进一步优化机床参数，大大提高系统精度和可靠性，进一步实现其控制性能。

2 西班牙FAGOR8025MCNC

FAGOR8025CNC为模拟式数控系统，可接收方波、正弦波信号的编码器、光栅反馈。FAGOR模拟式交流伺服（和8025配套）ACS系统。在ACS系统中有一个7段显示器，7段显示器可显示ACS的状态以及报警信息。X1的1、2、3端输出10V电压，可以用作24V的电源或用于使能信号。5、6二脚为差分的速度指令信号，来自CNC。第7脚为电流命令信号，依靠J4跳接线切换。8、9二脚分别为实际速度、实际电流，可以向外输出，接速度表和电流表。X2的1、2脚为ACS报警输出信号，通过外接24V电源，接通继电器。3、4脚分别为外部的速度和驱动使能信号，一般为24V输入，亦可以用X1的10V输出取代。6、7脚为驱动OK输出信号，作为ACS准备好的握手信号。X3为ACS的控制电源输入，220V交流。FAGORPLCI的程序由主程序（PRG）、周期性执行的子程序（PE1）和初始化程序（CY1）组成。输I1～I104，输出O1～O64。

3 数控化改造的硬件连接环节

3.1 机械系统硬件连接

本砂轮架主轴系统使用的是套筒动静压混合轴承主轴，其具备高精度、高刚度的优势。砂轮传动带动机构为一级三角皮带，其正面具备压力表，可以很好地观察轴油腔压力。砂轮架进给系统也是经由后部电机经联轴器向滚珠丝杠传递，滚珠丝杠螺母进一步带动砂轮架移动。丝杠在前端定位，并且在前端固定和后端浮动的支撑之下，采用四联精密丝杠来对轴承进行支撑。后端轴承采用两个精密角接触球轴承。在传动系统中，3ME2116磨床为单轴（X轴）进给。砂轮架进给（X轴）即交流伺服电机通过联轴器，经由滚珠丝杠FFZD5005-5-P2/70PX455，最终带动砂轮架高速或低速进给，实现磨削。在液压系统中，由于FAGOR8025M数控系统可以有效控制机床的液压和润滑，为了减少不必要的机械部分，在原3ME2116磨床的基础上取消切入油缸机构、快进油缸机构、补偿机构、闸缸及控制部分，只保留了润滑部分。

3.2 电气系统硬件连结

CNC与其集成的PLC及外部输入输出、键盘、电源/驱动、显示器等模块的连结如图1所示。显示器CRT直接挂接在CNC上；CNC通过RS232口传送和接收外部数据；CNC通过I/O3口控制电源/驱动模块，进而控制加工轴X轴的进给，与此同时X轴反馈经由的编码输出传送到CNC的A1；CNC集成的PLC通过I/O1、I/O2口处理外部信号的输入和输出。

4 结束语

本磨床经过了一定的数控化改造后重新投入生产，根据相关统计资料现实，其在近半年后已经完成了接近八万套軸承套圈的加工，经过改造后，所加工的工件表面质量有了明显的改善，可以表面粗糙度已经达到了0.2微米，加工效率也为原来的160%。同时其磨头主轴从瓦块动压轴承改变为动静压轴承，主轴跳动也明显降低，实现了加工精度的提高。在改造之后，其技术参数得到了明显的提高，外径尺寸误差已经可以低于20微米，所以不难发现，经过数控化改造，机床加工精度明显提高，控制功能也得到了增加，自身稳定性得到了保证。本文针对相关改造措施进行了一些总结和分析，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。

参考文献

[1]张平飞，高丽.轴承加工磨床数控化改造的应用研究[J].新技术新工艺，2009，2009（10）：33-35.

[2]张振山.基于开放式数控平台的M28125轴承磨床数控化改造[D].河北工业大学，2012.

[3]黄木清，李向军.西门子802C数控系统在轴承外沟磨床控化改造中的应用[J].制造技术与机床，2013（5）：119-121.

[4]王君辉，尹敏.仿真软件S7-PLCSIM在磨床数控化改造中的应用[J].轴承，2010（12）：15-18.

[5]郑晓明，陈红.交流伺服技术在SWaAGL50外圆磨床改造中的应用[C]//2011全国数控装备使用、维修与改造经验交流会.2011.