瓦德里希-科宝(Waldrich-Coburg)导轨磨床的技术改造

瓦德里希-科宝（Waldrich-Coburg ）导轨磨床的技术改造

一．前言

瓦德里希-科保导轨磨是我公司为了制造数控机床的导轨能够全封闭在本公司加工，从旧机床市场购买的科堡公司上个世纪70年代的产品，机械和液压零部件基本完好可用，经维修后还有利用的价值。在科技高速发展的今天，用新的电子技术和控制元件改造老旧机床，是一种必然的，适用的，经济的方法。

二．改造的原则及具体项目

1.改造的原则和控制方案

（1）应保持原机床的功能和关键结构；

（2）在选用控制设备时应选用技术先进、成熟、功能适中并且大批量生产的元件，以保证今后有持续的技术支持和备件供应；

（3）控制系统方案的确定：

在选用控制方法时，应该遵循不能在什么情况下，改造机床都配上数控系统。如果配数控，此台机床由于有周边、万能双磨头和数控系统的特性，因此必须配上西门子840DSL 数控系统才能实现全部的功能。由于改造设计必须考虑性价比，此方案从经济适用方面是不可行的。

此台磨床改造，操作控制方面要想达到操作方便，自动化和效率高；集参数、给定量设定和工作状态的时时监控；多轴控制采用集中控制于一处；控制系统有自诊断和维修信息提示等功能。因此，该机床控制系统采用了西门子触摸屏TP1500、西门子S7-300 PLC 系列可编程控制器，磨头进给轴控制采用了全数字化交流伺服控制技术，实现了对三相异步交流电动机的伺服控制，驱动装置采用了时光科技公司的IMS-A 系列伺服控制器。

由于此台机床是上个世纪70年代的产品，机械上没有进行凸凹平面磨削的接口装置，所以此台导轨磨床不对凸凹平面磨削进行改造。由于磨头只有直线运动，没有曲线运动的特点，确切的是没有插补功能的要求，所以控制方案不采用数控系统，而是才采用了上述控制方案。 该机床的控制结构简图如下图所示。

横梁三相异步电机

冷却三相异步电机周边磨头全自动内装式砂轮动平衡万能磨头垂直进给伺服电机

周边磨头垂直进给伺服电机

万能/周边磨头水平进给伺服电机万能/周边磨头水平进给伺服控制器周边磨头垂直进给伺服控制器万能磨头垂直进给伺服控制器仪

仪

万能磨头全自动内装式砂轮动平衡工作台调速电机其它工作台工作台异步电机冷却控制横梁控制TP1500触摸屏

S7-300PLC 扩展装置S7-300PLC 控制装置

万能磨头主轴直流控制器周边磨头主轴星角控制周边磨头三相异步电机万能磨头主轴直流调速电机工作台控制TTL 编码器

2. 改造的具体项目

2.1万能磨头和周边磨头

本机床的进给运动为万能磨头的水平方向Y1轴和垂直方向的Z1轴，周边磨头的水平方向Y2轴和垂直方向的Z2轴的直线运动。这四个运动方向改造后可以编程加工，以确保原机床的自动加工功能和相关功能不变，我们采取了以下措施。磨头在回完参考点后，在手动和自动方式下通过移动磨头各轴，各个轴的实际位置在触摸屏上均有显示；并且在自动方式下，需要参加自动运动的轴在S7-300 PLC 里编制固定循环加工顺序程序，而加工工艺数

据在TP1500触摸屏上进给距离窗口和速度窗口分别进行设定距离和速度数值。

在对原机床进给系统进行改造时，不应过多地改变其结构，以保证原来的机械特性不变。如果过多的改变结构，相应会增加对原机械零件的加工量，在加工过程中，一旦发生失误，修复工作将是十分麻烦和耗时的。为了保证改造后机床的应用质量，对周边磨头和万能磨头的水平和垂直方向进给系统的改造采用了比较稳妥的方法：

（1）采用北京友联华特生产的三相交流异步伺服电动机；

（2）伺服电机与进给箱之间新增一过渡法兰盘，这样在改造过程中可避免对原箱体进行加工，降低改造风险；

（3）新做一联轴节用于伺服电机与原进给系统的连接。

进给改造的特点：万能磨头垂直方向Z1轴和周边磨头垂直方向Z2轴原来的进给系统有快速移动进给传动链和慢速微动进给传动链两条传动链。改造后是将这两条传动链变成一条传动链，即取消慢速微动进给传动链，只保留快速移动进给传动链。在快速移动进给传动链上换上伺服电机后，由于伺服电机使用数字控制后，进给量和进给速度都是无级可调的，足以满足慢速微动传动链的低速加工要求。为了使伺服电机能在低速段的转矩满足加工要求，我们采取了伺服电机转矩与原有快速电机移动的转矩进行比较后，伺服电机的扭转略有加大的办法。通过上述改造办法加强了控制能力，并且扩大了自动加工的能力。

具体措施如下：由于万能磨头和周边磨头进给系统的快速移动进给传动链和慢速微动进给传动链两条传动链的切换是靠离合器的上下电来控制的。改造后控制慢速微动进给传动链的离合器处于常下状态（永远不吸合，处于分离状态），因此仍安装在原来位置的慢速微动进给传动链上的电机永远不会投入使用。快速移动进给传动链离合器当磨头处于使能状态下就吸合，处于常上电状态。要移动时就能投入使用。

对于万能磨头水平Y1轴和周边磨头水平Y2轴改造方法，同上述万能磨头垂直方向Z1轴和周边磨头垂直方向Z2轴改造方法相同。值得一提的是万能磨头水平Y1轴和周边磨头水平Y2轴仍然共用一个伺服电机电机。它们的切换也是靠电磁离合器来实现的。

万能磨头和周边磨头的主轴驱动部分基本上完好，故不对其进行改造，使用原来磨头主轴的驱动部分。

2.2工作台拖动系统

原工作台拖动系统的工作原理是工作台的往复运动由液压驱动，移动速度在0～50m/min范围内实现自动无级调速；往复运动的换向和变速，用改变液压泵转子和定子的相对偏移量e来实现的。此台磨床工作台液压系统完好无损，不对其进行彻底改造。

由于在工作台的液压装置上用于检测工作台速度的旋转变压器已经损坏，而且此台旋转变压器是西门子公司上个世纪70年代的产品，已经购买不到了，即使买到了与S7-300和触摸屏也无法配套。针对此种情况我们采取将检测装置换成带RS422接口的增量式TTL编码器。其工作原理是当操作者通过按压按钮控制调速制动电机调整摆杆，调整摆杆的摆动间隙。摆杆控制两个凸轮，使两个凸轮同向转动一定角度。与凸轮同步转动的编码器将转角的脉冲数传送到FM350-1计数器模块。计数器模块采用连续向上计数，中断门功能。调试者将编码器采集到脉冲数在S7-300 PLC 中经过作运算后，再在TP1500触摸屏上显示。TP1500触摸屏上显示数值为工作台的实际运行速度。

2.3 导轨磨床电气系统

2.3.1导轨磨床电气改造说明：

原机床控制电气为上个世纪70年代的电子产品已经淘汰了，且人机界面简单。导轨磨床与车床、铣床等机床在控制上有一个重大差别，就是车床、铣床对刀具的轨迹控制能力要求较高，必须有圆弧插补、样条插补、螺旋插补等复杂曲线的加工能力，而导轨磨床的砂轮仅需点位控制能力即可。但是导磨的液压控制复杂，其它的辅助动作较多，本机需要控制的