普通外圆磨床数控改造实现蜗杆磨削的研究.pdf

第 3 l 卷第 0 6期 2 0 1 0 年 0 6月 煤 矿 机 械 Co a l Mi n e Ma c hi n e r y Vo l - 3 l NO ．O6 J u n ．2 0 1 0 普通外 圆磨床数控改造实现蜗杆磨 削的研究 杜碧 华 成都纺织高等专科学校，成都 6 1 1 7 3 1 摘要为节约成本， 结合生产实际， 将某工厂普通外圆磨床进行数控改造 ， 使之能磨削蜗杆。 确定 了磨 床 的数 控 化改造 方案 ， 重 点介 绍机械 部 分的 改造设 计并 引入 数控 系统 。改造后 的磨 床通 过 试 车加 工验证 ． 达到 效率 高和精 加工 的要 求， 取 得 了较好 的应 用效果 。 关键词 数 控 改造 ；外 圆磨床 ； 砂 轮磨 头 ；导轨 ； 滚珠 丝杠 副 中图分 类号 T G 3 1 文献标 志码 A文章编 号 1 0 0 30 7 9 4 2 0 1 0 0 60 1 6 80 3 Re s e a r c h o f P l a i n Ex t e r n a l Gr i n d i n g M a c h i n e Us e d i n W o r m Gr i n d i n g DU Bi - h u a C h e n g d u T e x t i l e C o l l e g e ，C h e n g d u 6 1 1 7 3 1 ，C h i n a Ab s t r a c t T o a c h i e v e c o s t s a v i n g ， w e c o mb i n e d t h e p r a c t i c a l p r o d u c t i o n s i t u a t i o n a n d p l a c e d a g e n e r a l c y l i n d r i c al g ri n d e r o f s o me f a c t o ry i n a C N C C o mp u t e r i z e d N u m e ri c a l C o n t ro1 r e c o n s t r u c t i o n t o n d the wo r n l p r e c i s e l y ,． T h i p a p e r p u t s f o r w a r d a C NC r e c o n s t r u c t i o n p r o g r a mme o f t h e g r i n d i n g ma c h i n e b y i n t r o d u c i n g the c o n s t r u c ti o n d e s i g n a n d c o n t r o l s y s t e m d e s i g n o f me c h a n i c a l p a r t s ． T h e r e c o n s t r u c t e d g r i n d e r h a s b e e n t r i a t e d a n d p r o c e s s i n g l y v e ri fi e d t o p r o v e tha t i t me e t s t h e r e q u i r e me n t o f h i ．g h e f f i c i e n c y a n d p r e c i s i o n ma c h i n i n g , ．，w h i c h ma k e s t he g o o d a p p l i c a t i o n e f f e c t 。 Ke y w o r d s C N C C o mp u t e r i z e d N u me ri c a l C o n t r o 1 r e c o n s t ruc t i o n ； p l a i n e x t e r n a l g r i n d i n g m a c h i n e ； w h e e l g ri n d e r ； g u i d e ； b a l l s c r e w O前言 原有设备 M1 4 3 2 A型万能外圆磨床改造要求 改造后的磨床主要用 于蜗杆零件的加工 ． 被加工表 面是蜗杆螺旋面 ． 还可以磨削其 他各种表 面 如内 外 圆柱面、 圆锥面 ， 端面平面等 ， 应用范围广泛 。蜗 杆磨削要求机床完成 的工作有 控制砂轮主轴正反 转和砂轮进给运动 ． 头架和尾座安装在工作台上夹 持工件并带动工件旋转 ． 随着工作 台一起沿床身导 轨作纵向往复运动。冷却泵 、 润滑泵启停 加工蜗杆 时保证工件旋转一周 ． 工作台准确移动被加工蜗杆 的一个导程。其改造主要分为机械部分与数控系统 2部分 。 1 改造 方案 1 ． 1 机械 部分 改造 机械部分改造包括磨头、 传动系统、 导轨修复 3 方面 的改造 。 1 磨头的改造 为 适 应对 蜗 杆 的磨 削 加 工 ．磨 削装 置 至 关 重 要。图 1 为砂轮磨头的改造示意图。原砂轮外圆磨 头装置不能满足加工要求 ． 由新砂轮磨具磨头总成 1 代替。 它固定在支撑架 4上， 砂轮支撑架安装在原 有结构滑鞍 6上 ． 数控改造后的横向进给机构带动 滑鞍作横 向进给运动 改造后的砂轮磨具由原 内圆磨头改造而成 ． 用 原有的内圆磨具总成 。更换安装砂轮片的主轴 。 用 螺纹锁紧 内圆磨头总成 1 通过磨架 2固定在支撑 板 4上 ， 用螺栓锁紧 ． 磨架相对于连接板 3也可绕 着 固定中心旋转 ． 实现砂轮与工件的相对旋转角度 调整 ． 从而加工不同螺旋角 。改造后的整体结构较 小 。 质量轻 。 利用加强肋增加支撑结构的刚度 ， 保证 整个磨头在磨削过程 中具有足够的强度 、 刚度及工 作 的稳定性 ． 图 1 砂 轮磨 头 改造 示 意 图 1 ． 磨头总成 2 ． 磨架3 ． 连接板4 ． 支撑板5 ． 轮 6 ． 滑 鞍 2 导轨的修复 机床导轨的作用是导向与承载。它在空载和切 削运动时都应具备足够的导向精度．是机床几何精 度的基础 为达到预期的精度要求 ． 必须修复导轨 精度。本设备采用 了贴塑导轨修复。它是在动导轨 上涂或贴上一层 由聚四氟乙烯 和添加青铜粉 、 二硫 化钼和石墨等多种材料复合成的贴塑条。贴塑工艺 为 先将床身 基体 表面脱油清洗 。 再用美 国 D J 一 2 贴塑用胶和导轨专用胶将贴塑条贴在导轨上 ． 必须 第 3 1 卷第O 6 期 普通外圆磨床数控改造实现蜗杆磨削的研究杜碧华 V o 1 ． 3 1 N o ． 0 6 用重物压紧， 使贴塑条与导轨面紧密接合。另外 ， 根 据设备的润滑原理 ． 在贴塑条表面设计了一次成型 的润滑油槽 ． 减少机加工程序 贴塑成型后反复刮 研 贴 塑 面 。 使 导 轨 精度 达 到 要求 。这 种 工艺 使 导 轨 的摩擦系数降低 ， 稳定性 、 耐磨性 、 吸振性更好 。使 用寿命更长且降低了安装成本 3 液 压传 动变 滚珠 丝杠 传 动 原磨床运动是由机械和液压联合传动 液压系 统在实际工作 中存在泄漏 、 阀件磨损 、 导轨润滑不 良等 因素 ． 导 致 系统 在 改 变运 动 方 向 时 出现 换 向精 度 差 、 起 步迟 缓 、 换 向冲 出量 大 或换 向死 点 等 问题 ． 直接降低机床的精度 ． 影响被加工零件的质量 。原 机械传动链较长 ． 传动精度低效率低 为实现 自动 化及提高传动精度 ． 将液压传动装置改造为 由步进 电机 驱 动 滚 珠 丝 杠 副 直 接 驱 动 工 作 台沿 导 轨 做 纵 向往复运 动 进 行 相 同改造 的还 有滑 板 的横 向进 给 运动 横向进给运动保 留手轮手动 ． 将液压缸的活 塞驱动及机械传动取消 ． 将丝杠螺母 副改为传动精 度 可靠 的滚 珠 丝杠 副 整 个传 动 机构 简化 为 2 个 独 立的由步进电机驱动的滚珠丝杠传动 该传动作为 现代数控机床的主要传动机构 ． 以其长寿命 、 高刚 度 、 高效 率 、 无 侧 隙 、 高精 度 、 微 进 给 等特 点 而 得 以 广泛应用 ．成为各类数控机床的重要配套部件 。 已 实现 了标准化和通用化 滚珠丝杠副选定汉江机床 厂的旋压三级滚珠丝杠螺母副 因滚珠丝杠不需要 在 全长上 均 加工 出螺纹 ．只 要满 足进 给行程 和 始 终 点 要求 即可 ． 为进 一 步 降 低 成本 ． 把 它 设 计 成3段 式 结 构． 有 螺 纹 的 中间段 向专业 生产 厂 家定 制 ． 两 端 接 杆 自 制 ． 中 间 段 与 接 杆 采 用 孔 轴 过 渡 配 合 H 7 ／ j s 6 加 圆锥 销 的方式 连接 ， 滚 珠 丝杠 仍 安装 在 原 丝杠 的位 置。 两端 采用 原 固定 方式 。 改造 后 原有 的机 械 传动 联 系 已不存 在 ．蜗 杆加 工传动链要求 严格的 比例关系通过数控系统来 实 现 利 用 头架 脉 冲 编码 器 测量 工 件 转速 ． 数 控 系 统根 据工 件转 速 控制 纵 向交 流伺 服 电 机转 动．使 工 件旋 转和工作台纵向移动间严格 比例关系得以保证， 实 现蜗 杆加 工功 能 。 利 用 同步 带与 1 0 4 2 D ， r 头架 电机 脉冲编码器相连． 编码器测量出工件的转速 1 ． 2数 控 系统部 分 改造 直接 选 用广 州 数 控 系统 G S K 9 2 8 G E磨 床 系 统 ． 具 有 刀尖 圆弧 半 径补 偿 功 能 、 丝杠 螺 距 误 差补 偿 功 能、 P L C编辑功能 其他功能与 G S K 9 2 8系列基本相 同 配套 B S 一 3 0 0三相伺 服变 压器 给 交 流伺 服 驱 动 单元 供 电。减 少 电击 和受 电源 、电磁 场 干扰 的可 能 性。C N C系统通过 P L C与机械各部分及其液压 、 冷 却 、 润滑 、 排屑等辅助装置 、 机床继电器线路和强电 线路等相联 系。C NC装置的输 出数据经过 P L C逻 辑处 理 ． 通过 输入 、 输 出接 口传 送 到机床 C N C给 机 床 的信息 主要 是 M、 S 、 T等 辅 助功 能代码 。 机 床动 作 检测信号向 C NC装置的传递从机床侧输入 的开关 量经过 P L C逻辑处理传送到 C N C装置 中 P L C传 送给 C N C的信号 ． 主要有磨床各坐标基准点信号和 M、 S 、 T功能的应答信号等。 机床传送给 P L C的信息 主要有机床操作 面板上各开关 、 按 钮等信息 。 其 中 包 括 机 床 的起 动 、 停 止 ， 工 作 方 式 选 择 ． 倍 率 值 选 择 ， 主轴 的正 、 反转和停止 ， 切削液的开、 关 ， 各坐标 轴 的点动以及行程限位等开关信号 数控 化 改造 后．操 纵 系统 主要集 中在数 控 系统 的操 作面 板上 ， 同时 配有 -- 1- 挂式 电 子手轮 。 操 作 电 子手 轮 和面 板上 按键 ， 可 完成 机 床调 试 、 程序 录入 和 编 辑 、 零 件 加工 2调试试 车 加 工结果 1 调试为保证传动精度， 在结构上对传动 系 统 的反向间隙及同步齿形带进行调整 ． 同时调整机 床定位精度． 利用激光干涉仪对机床 的重复定位精 度 进 行 测 量 ． 根 据 检 测 分 析 结 果 ． 通 过 数 控 系 统 对 机 床 精度 进 行 补偿 。但 系 统 的补偿 是有 限 的 ． 如 果 反 复 补偿 不 能 达 到要 求 。 必 须 重新 对 机 床 的 位置 精 度 重 新进 行 钳 工 调整 ． 再 通 过 系统 补 偿 来 完成 整 机 安装 调试 后进 行试 车 ． f 2 试 车加 工结 果 对 1 5个工作 日生产 的某蜗 杆零 件进 行每 隔 1 h 抽样检测分析 ． 结果见表 1 表 1蜗 杆 零 件检 测 结 果 3讨 论 3 ． 1 调 试 中出现 的 问题 与对 策 1 蜗 杆 表 面 出现 加 工 振 纹 蜗 杆 尺 寸 一 会 偏 大 ． 一会 偏 小 。分 析原 因 工作 台与滚珠 丝杆 的连 接 存在过大 间隙。解决办法 通过对连接部分进行改 进 重新 调整 ． 减 少 间隙量 。 2 冷却液不能顺利流出。 分析原因 液压系统 出现 堵 塞 、 冷 却 泵 接 触 不 良 、 冷 却 液 电 机 不 能 正 常 运 转 。解 决办 法 重新 清洗 油路 ， 检查 油 路 中的各 电 器 原件 3 磨削过程 出现乱齿 。原因 工件采用的是两 顶 尖 夹 紧的 方式 ． 由于在 操 作过 程 中未 能将 工 件 顶 紧 ． 造成 工 件与 活动 顶尖 相对 转 动 第 3 1卷第 0 6期 2 0 1 O年O 6月 煤 矿 机械 Co a l Mi n e Ma c hi ne r y V0 l - 3 l NO ． O 6 J un ．2 0l O 使用 维修 二 口 压力 偿器在液压系统中的应用 刘 会 永 。刘 宗 宏 。牟 东 。纪长 林 三一重型装备有限公 司， 沈 阳 1 1 0 0 2 7 摘要 比例控 制技 术在 液压 系统 中的应 用越 来越 广泛 ， 比例 方向 阀调 节执 行元件 速度 时， 与 压 力补偿 器配合使 用． 其 优 点可使 比例 阀阀 口压 差基 本保持 不 变， 从 而使执 行元件 的速 度 不受 负载 变化 的影 响 。 目前 ， 压 力补偿 器 已广泛应 用 于冶金 、 电力 、 建筑 、 煤矿机械 等各 个行 业。 关键词 压 力补偿 器比例 阀 比例控 制 中图分 类号 T B 1 2文献标 志码 A文章 编号 1 0 0 30 7 9 4 2 0 1 0 0 60 1 7 00 3 Ap p l i c a t i o n o f Pr e s s Co mp e n s a t o r i n Hy d r a u l i c S y s t e m L I U Hu i - y o n g ，LI U Z o n g - h o n g ，M U Do n g． J I Ch a n g - l i n S A N Y H e a v y E q u i p m e n t L i m i t e d C o m p a n y ， S h e n y a n g 1 1 0 0 2 7 ， C h i n a Ab s t r a c t P r o p o r t i o n a l c o n t r o l t e c h n i c h a s b e e n a b r o a d u s e d i n h y d r a u l i c s y s t e m, p r o p o r t i o n a l d i r e c t i o n al v a l v e n e e d t o b e c o o p e r a t e d w i t h p r e s s u r e c o m p e n s a t o r i n o r d e r t o a d j u s t t h e s p e e d o f a c t u a t o r , t h e e x c e l l e nc e i s t h a t t h e pr e s s u r e d i f f e r e n c e o f v a l v e p o r t d o n o t c h a n g e ， t he l o a d c ha ng e c a n n o t i mp a c t t h e s p e e d o f a c t u a t o r ．At p r e s e n t ，p r e s s u r e c o mp e n s a t o r h a s b e e n a b r o a d u s e d i n me t all u r g y ，e l e c t r i c , c o n s t r u c t i o n a n d mi n i n g ma c h i n e ． Ke y wo r dsp r e s s u r e c o mp e n s a t o r ；p r o p o r t i o n a l v a l v e ；p r o p o rti o n a l c o n t r o l 0前言 快 ， 负载大时速度慢 ； 于是在系统设 计时， 人们引 比例控制技术是在开关控制技术和伺服控制 入 了压力补偿器． 它可以使 比例 阀阀 口的压差保持 技术之间的过渡技术 ， 采用 比例放大器控制比例电 恒定 ， 使执行元件的速度不受负载变化的影响。 磁铁 ． 实现对 比例阀的连续控制 ． 从 而实现对液压 1 压力补偿器 系统压力 、 流量 、 方向的无级调节 ； 但是用比例方向 1 普通比例方 向阀系统 中 。 用 比例阀可以控 阀进行速度控制时 ， 如果负载是变化 的， 那么执行 制执行元件的运动方向及速度 原理图可简化为图 元件的速度就会受负载变化的影响 负载小时速度 1 所示 4 除去人为对刀不准等原因， 同一砂轮加工零 削加工， 效果显著。使用结果表明 用改造后的数控 件尺寸规律变化 。原因 砂轮在加工中不断地磨损， 磨床 ，提高了零件加工精度， 扩大了产品加工范围。 砂轮尺寸在不断减小导致零件尺寸变化。解 决办 生产率显著提高。而且普通机床的数控化改造成本 法 程序编程中对误差进行补偿砂轮磨损值 ， 固定 低 、 经济可行 。改造后操作方便、 程序编制模板化 、 地增加一个补偿量 ．否则蜗杆分度圆将逐渐变大 ． 零件加工灵活可靠 实践证 明 普通磨床的数控化 这样可提高砂轮使用率以及零件合格率 改造对零件批量加工 的中小型企业有借鉴和推广 4改造的 结果 意义 投资 少 ． 现 有预 备 报废 的 旧设 备 改造 费 比购 置 参考文献 新设备降低 6 o ％一 8 0 ％； 合理利用 旧设备 ， 充分利用 ] 魏天 路 ． 器 量 ‘ 仉1 ．1t 俄．k 2 a 任 t t l _ g日 医l 1． ．, 穗- r／ - 定可靠的床身立柱等重要 的铸造基础 3 1 3 王 t 7 晓 军 N． ，万 曼 华 ． M 1 3 3 2 A 型 外 毒 床 数 控 化 改 造 技 术 『J 1 ． 矿 机 构件 ； 精度和生产率足够 。 蜗杆磨削工作 日产量 2 0 0 械，2 0 0 8 ， 2 9 1 o 1 3 7 1 3 8 ． 个 ， 产品总合格率为 8 5 ． 1 5 ％， 达到同类数控磨床设 4 。 压 2 E ．2 0 o g 6 ． 1 1 M 1 4 3 l 能外 圆磨床数控化改造技术 机床与液 备 水平 ， 基 本 达到设 备 改造 目的 ； 引进 新 技术 ， 改 造 [ 5 ] 蔡锦达． 胶辊外圆磨床的 数控改造[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 9 。 5 后控制上引人数控系统 ． 在机械上引入新部件新工 2 0 0 2 0 1 ． 艺 ， 提 高 机 床 的 加 工 水 平 ， 使 操 作 简 单 方 便 ， 实 现 加 ]丁 裟 统 改 造 中 关 键 部 件 的 设 计 与 选 择 工 程 序化 和 自动 化 ；操 作 维 修 人 员 对设 备性 能 熟 [ 7 ] 商向 东． 渐开线蜗杆的齿 形磨削⋯ ． 工具技术， 1 9 9 8 7 2 0 - 2 1 ． 悉 。 对改进部分也很容易掌握 ， 便于操作维修。 作者简介 t 1 9 7 1 一 ， 女， 四川仁寿人， 成都纺织高等专 5结语 动化 1 6 3 ． 的教 com ． 学与 科研工 将 改造后 的数控磨床应用在企业蜗杆零件 的磨 责任编辑 侯淑华收稿日 期 2 0 1 0 - 0 1 1 4 一 】 7 0