内滚道恒速磨削控制系统的实现

摘 要：在我国轴承行业,内滚道磨削存在一个固有缺陷,即：在产品加工过程中,随着砂轮磨损,砂轮直径不断减小,砂轮线速度不断降低.当砂轮磨损到一定程度时,便会发生产品加工困难,甚至磨不动的现象,这时因为产品表面粗糙度差,影响到产品质量,砂轮得不到充分利用,生产效率也无法进一步提高.针对上述问题,采用交流变频调速技术以及PLC控制技术对原有机床砂轮电机控制系统进行了改造,实现了内滚道恒速磨削.

关 键 词：恒速磨削；变频调速；可编程逻辑控制器

1引言

市场的竞争在一定程度上可以说是产品质量的竞争,而当前的轴承行业竞争日趋激烈,产品质量已经成为每一个生产厂家重点关注的问题.在汽车圆锥轴承中,内套圈的质量直接影响轴承的噪音大小以及使用寿命,甚至会威胁车辆的行驶安全.因此改善产品质量,提高生产效率、节约成本成为亟待解决的问题.

在传统的圆锥轴承内套圈生产中,随着砂轮磨损,砂轮直径不断减小,导致砂轮线速度也不断降低.当砂轮磨损到一定程度,就会发生产品加工困难,使内滚道面上产生振纹,甚至产生烧伤,这样的产品最后只能报废.与此同时,砂轮也得不到充分利用,生产成本无法降低,生产效率也不能进一步提高.

如果能够在砂轮磨损时,保持砂轮线速度不变或者基本恒定,那么就需要对原有砂轮电机控制系统进行适当的改造,这样才有可能克服原有产品加工中存在的问题.

2恒速磨削原理

砂轮做匀速圆周运动时,其线速度为：Vl等于nπd；其中：Vl――砂轮线速度（米/秒）；n――砂轮转速（转/秒）；d――砂轮直径（米）.从上述可知,当砂轮直径d减小时,砂轮线速度逐步降低.因此,如果要Vl保持基本恒定不变,则只需要nd恒定即可,所以当d减小时,可通过适当提高转速n来保证nd为常数.

3技术改造方案

在实际生产中,以内滚道机床3MZ2120为例,当砂轮线速度保持在35m/s左右时,生产效率和产品质量最佳,此时砂轮电机转速为1440r/min.

在对原有系统进行改造的时候,需要适当改变砂轮电机与砂轮之间的传动比,以满足变频器以30Hz频率输出时,砂轮线速度为35m/s.这时如果砂轮直径d减小,可以通过调节变频器的输出频率来保持砂轮线速度恒定.具体设计如下：

（1）由可编程控制器（PLC）承担控制任务.

这里选用日本三菱公司的FX20系列可编程逻辑控制器[1],该控制器技术成熟、可靠性高,其输入输出点完全满足技术改造的需要,具有较高的性价比.

（2）合理设置变频器参数,选择由变频器端子控制的多频段运行方式.

交流变频器选用的是成都佳灵公司的产品[2],在性能和质量上也均能满足生产需要.为了保证砂轮线速度降低时,能够给予适当的速度补偿,也为了使调速部分的控制简单,需要将变频器设置为多频段运行方式.这样就可以保证砂轮磨损在一定的范围内时使用一种速度；当砂轮继续磨损时,将变频器频率略微提升,从而达到基本保持砂轮线速度基本恒定.多速度运行如图1所示.

（3）砂轮磨损检测.

在磨削过程中,每一个工件加工结束后机床会自动补偿,故可在床身处安装磁敏传感元件.磁敏传感元件有利于在恶劣的生产环境使用,因此可通过其采样砂轮磨损值,运行过程中可将信号反馈给可编程控制器,通过PLC控制变频器输出频率,从而控制砂轮电机的转速.

4砂轮电机控制系统设计

（1）主回路如图2所示,其中RST为复位停止运行端,FR为启动控制端,2DF、3DF与COM的不同接通方式,可以选择不同输出频率,即可以使变频器运行在多频段方式,M为砂轮电机.

（2）控制系统如图3所示,X00、X01分别为砂轮启动、停止按钮输入端；X02～X05分别是砂轮磨损检测输入端.

（3）程序流程如图4所示,机床总电源打开后,按下SB1按钮,此时变频器的FR端子与COM端子接通,变频器以起始频率运行；在磨削过程中,每加工一个工件,机床会自动补偿,因此当砂轮磨损到一定程度时,会被X03检测到,这时PLC会自动选择输出频率1,以此类推,直到砂轮磨损至无法继续使用为止.

5结束语

把变频技术与PLC技术结合起来,通过对原有机床砂轮电机控制系统的技术改造,克服了在磨削过程中由于砂轮线速度不断降低而产生的对产品质量、加工效率等方面不利的影响,在生产车间的试运行过程中取得了良好的效果,不仅产品表面粗糙度得到有效的保证,而且由于更换砂轮的周期延长,一定程度上减轻了操作工人的劳动强度,生产效率也有了进一步的提高.

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