高精度珩磨机控制系统设计_陆永耕

第12卷第2期 2009年6月

上海电机学院学报

JO U RN A L O F SH A NG H AI DI AN JI U N IV ERSIT Y

Vol.12No.2 Jun.2009

收稿日期:2009-04-17

作者简介:陆永耕(1963-),男,教授,博士,专业方向为工业自动化、超声电机控制及数字图象处理,E -mail:luyg @

文章编号 1671-2730(2009)02-0095-04

高精度珩磨机控制系统设计

陆永耕

(上海电机学院电气学院,上海200240)

摘 要:根据珩磨车床加工工艺原理和控制要求,利用可编程控制PLC 技术,设计了珩磨车床控制系统。阐述了系统PLC 主控制器系统硬件组成和I/O 端口设计、控制参数设置及运行控制方式。 关键词:珩磨;控制系统;PLC

中图分类号:T G 589.023.5 文献标识码:A

Design of the Control System for High Precision Honing Machines

L U Yong geng

(Scho ol of Electric,Shanghai Dianji University,Shanghai 200240,China)

Abstract:The control system o f a ho ning machine based on the PLC techno logy is desig ned in this paper,accor ding to the pro cessing principle and the control requirements of the ho ning m achine.T he system hardw are construction o f PLC main contr oller,the I/O po rts and control param eter setting and m ode o f operation co ntro l are presented. Key words:honing;contr ol system;PLC

早期的珩磨实际上是一种摩擦工艺,最初生产的珩磨头装于钻床上珩磨,切削量非常小(最大为0.15mm )。现代珩磨可定义为一种切削金属的方法,实现对工件尺寸、圆度、直线度、位置度和表面粗糙度的要求。珩磨作为一种万能的孔加工方法,在粗珩工序上采用大切削的工艺,最大切削量可达0.70~1.00mm;并取消了传统的精镗、精磨工序,广泛地应用于油缸、气缸套和泵体缸孔等的加工作业[1]。

现代珩磨机大量采用高新控制、振动珩磨头制造、多种材质珩磨条制造和现代测量等技术,特别是随着珩磨工件要求的不断提高,对与之配套的刀具

材料也提出了越来越高的要求,由单一的油石向金刚石、刚玉、氮化硼、碳化硅发展,从而实现大加工余量的切削。同时,控制系统也由传统的机-电-液压控制系统,向数字控制、数字控制工艺参数的数控(CNC)车床方向发展

[2-4]

。

作为油缸加工的核心设备之一,珩磨机的研制开发成为许多精密加工厂家急需解决的问题。通过对国内外重点生产厂家同类产品的比较,在总结德

国格林、美国德隆、美国善能产品的基础上,结合油缸、喷嘴、异形工件等深孔产品的精加工特点和实际工作经验,制订了适合冷拔、镗孔等管坯加工使用的强力珩磨机设计方案,在满足加工工艺指标的前提

下,取得了价格低、性能好的效果[5,6]

。

本文设计的珩磨机以替代进口为宗旨,用于油缸、汽缸、发动机缸筒等圆柱形深孔的内表面光整加工,以获得较高的尺寸精度,很低的表面粗糙度,较好的圆度、圆柱度与直线度,及一般珩磨等径管件或无特殊要求的阶梯孔管件;可显著提高结构刚性方面的要求,进行较大余量的高效切削,可直接对冷拔管、粗镗管等进行内孔的精密加工,也可对浮镗滚压后的缸筒进行抛光整形,完成深孔的精密加工。

本设计完成以下任务:¹以西门子S -300和2块A/D,D/A 接口板,构成控制系统,完成珩磨工艺

对车床的控制要求,通过编码器和压力传感器采集

速度与压力信号,同时检测磨杆电机变频器的负载

率,进而控制加工过程[7]

。º通过变频器控制2台电机珩磨过程的转速。»通过手动旋钮或触摸屏数字输入方式,控制砂条比压、磨杆转速、拖板速度,且控制柜上设有组合开关以选择工作方式。

1 机械系统组成与加工过程

1.1 机械机构组成

珩磨机车床的机械结构如图1

所示。

1为主轴架;2为移动导向架;3为主车床架;4为珩磨杆;5为导向架;6为前夹板;7为工件托架;8为副床身辅件;9为后夹板;10为拖板

图1 珩磨机机床机械结构图

Fig.1 Mechanical structure of the horning machine

1.2 珩磨加工过程

1.2.1 工件夹装 将工件装夹于副床身上,通过摇动前夹板和后夹板的螺杆,由夹板自定心定位,其周向的夹紧由前、后夹板上的棘轮棘爪机构配合夹紧用钢丝绳实现;其轴向的定位由前、后夹板上的挡板来实现工件的定位。同时,为了弥补工件自重产生的变形,在副床身的中部安装一个工件托架,根据不同形状的工件调整托架的高度。

1.2.2 珩磨行程 磨杆的一个往返称为一个珩磨行程,珩磨行程由手动确定。工件装夹完成后,通过操作面板或触摸屏的操作按钮,使链条张紧。通过拖板前行和拖板后退2个按钮的操作,使珩磨头运动到工件两端,按行程确定按钮,使PLC 自动保存珩磨行程的起点与终点位置,作为全行程珩磨的控制数据。

变频器驱动控制磨杆电机无级调速转动,实现珩磨动作。主轴架、磨杆电机等均固定在拖板上。在拖板电机的带动下,拖板通过链传动,实现往复移动。拖板电机亦由变频器驱动实现无级调速。

珩磨头装在磨杆端部,与磨杆间通过十字滑块连接。珩磨头内装有张紧油缸,当电磁阀控制油缸动作时,通过顶出油缸顶部的圆锥将珩磨头上的6

条油石均匀顶开,使其与工作的孔表面以一定压力接触,油缸的顶出压力由比例减压阀控制,可实现珩磨油石比压的连续控制,进而达到工艺要求的砂条比压。

1.2.3 信号检测 珩磨工艺是一种以被加工面为导向定位面的加工方式,磨杆与珩磨头通过十字滑块浮动连接,故传统的珩磨过程是以工件的原形位精度为基础,只能提高工件内孔的表面粗糙度,而不能提高工件的形位公差。当对冷拔管和粗镗管等粗加工的工件进行精加工时,可先由车床的检测功能对工件的形位公差进行大致估计,并通过短行程预磨动作,提高工件的形位公差。

检测过程中控制张紧油缸的电磁阀左位,砂条张紧后压在工件上,对工件进行2个行程的预磨;电磁阀中位,油缸两腔封闭,液控阀保压,珩磨油石保持不动。拖板正转,PLC 从起点开始到终点每隔5%的行程长度记录一次磨杆电机的负载率。通过检测磨杆电机负载率,检测工件内孔的形位公差。依此确定短行程预磨的起点、终点位置及预磨的次数。

1.2.4 短行程预磨 设定好短行程参数后,可启动短行程操作。磨头上油石在收回的状态下,移动到短行程的起点,磨头张紧,从已确定的短行程起点到

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