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SIELEMANN RFrB80數控立式內外圓磨床的改造

訪(fǎng)問(wèn)量:

內容提要:闡述了RFrB80磨床改造的方案及實(shí)施過(guò)程中的主要技術(shù)要點(diǎn),包括參數組切換、動(dòng)平衡系統、電磁吸盤(pán)控制、磨削加工界面等。
關(guān)鍵詞: 數控磨床;改造
Transformation of NC vertical internal-external grinding machine
SIELEMANN type RFrB80
HU Guoqing
AbstractThe scheme and primary technology of RFrB80 grinding machine transformation is expatiated, including to parameter groups switchover, dynamic balance system, electromagnetic chuck control, grinding MMI, etc.
KeywordsNC grinding machine;Reproducing
1. 機床概述
RFrB80數控立式內外圓磨床是德國HANS SIELEMANN公司在上世紀90年代初生產(chǎn)的,可磨削內圓、外圓、平面、孔底面等,工作臺具有偏心調整數顯,可手動(dòng)調整偏心量磨削偏心內外圓。機床最大加工直徑800mm,工作臺移動(dòng)X(jué)軸行程1000mm,磨頭垂直移動(dòng)Z1、Z2行程780mm,立柱旋轉Q軸行程200°,砂輪修整器安裝在工作臺上。
機床X、Z1、Z2軸傳動(dòng)均為伺服電機驅動(dòng)滾珠絲桿帶動(dòng)軸移動(dòng),Z1、Z2軸各帶有兩個(gè)平衡油缸,平衡油缸壓力通過(guò)比例閥分流控制;工作臺通過(guò)液壓靜壓浮升,工作臺旋轉S1軸傳動(dòng)通過(guò)伺服電機經(jīng)減速箱和皮帶驅動(dòng)旋轉,工作臺上下層通過(guò)六塊電磁鐵控制是否夾緊,臺面為電磁吸盤(pán)用于固定工件;立柱通過(guò)液壓靜壓浮升,Q軸傳動(dòng)通過(guò)伺服電機經(jīng)諧波齒輪箱和齒圈驅動(dòng)旋轉;內外圓磨頭傳動(dòng)均通過(guò)異步交流電機通過(guò)皮帶驅動(dòng)磨頭旋轉,其中外圓磨頭帶有動(dòng)平衡調整系統。機床外觀(guān)如圖1所示。

圖1  RFrB80立式內外圓磨床外觀(guān)
2. 再制造方案
在機床行業(yè)中,磨床因其精度高及機床動(dòng)態(tài)特性好等要求使其再制造的難度較大,多種磨床的關(guān)鍵技術(shù)仍是國內機床行業(yè)的難題。根據原機床的狀態(tài)制定切實(shí)可行的再制造方案是關(guān)鍵,經(jīng)過(guò)拆前對原機床的幾何精度、重復定位精度、加工功能、液壓潤滑冷卻方面的問(wèn)題等進(jìn)行統一檢查,結合使用中問(wèn)題的統計制定方案如下:
機械方面將X、Z1、Z2軸伺服電機、滾珠絲桿、軸承、滾動(dòng)導軌塊全部更換,Q軸、S1軸伺服電機更換,相應的各軸電機接口重新設計,更換磨頭軸承、傳動(dòng)皮帶,所有防護門(mén)移動(dòng)直線(xiàn)軸承更換,另外液壓、潤滑、冷卻液部分動(dòng)作不正常、泄漏等問(wèn)題統一解決。
電氣方面采用SIEMENS Sinumerik 840D數控系統進(jìn)行全面改造,原電氣系統全部拆除。系統設置為車(chē)床模式,X軸的工件坐標為直徑顯示,Z1、Z2在操作與編程上均視為一個(gè)Z軸,根據當前磨頭來(lái)決定實(shí)際的移動(dòng)軸,X、Z1、Z2軸均采用HEIDENHAIN LS487C玻璃光柵尺實(shí)現閉環(huán)控制,Q軸設置為PLC軸,絕對值編碼器反饋,內外圓磨頭電機分別為7.5kW、11kW,通過(guò)一臺611U裝置驅動(dòng),采用其參數組切換功能實(shí)現兩臺電機的控制;電磁吸盤(pán)采用德國Wagner Magnete L752控制器控制上磁和消磁,磁力大小通過(guò)編碼開(kāi)關(guān)控制;外圓磨頭的動(dòng)平衡調整裝置更換為德國MPM AB240控制器,可以通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)方式來(lái)實(shí)現砂輪的動(dòng)平衡調整。
磨削加工程序分為內圓、外圓、平面磨削,其中內外圓均有錐度磨削,砂輪修整分為內圓砂輪直徑與底面修整、外圓砂輪直徑與底面修整,將以上功能需求融合編制成7個(gè)程序,并將可能變化的數據用自定義變量或R參數代替,然后采用EasyMask軟件設計與制作人機交互界面,便于操作人員輸入加工數據,人機界面中帶有加工過(guò)程與設備狀態(tài)監控和立柱旋轉操作流程監控等。
3. 技術(shù)要點(diǎn)
要實(shí)現以上的改造方案,有很多技術(shù)工作要做,如Z1、Z2在操作上視為一個(gè)Z軸,需要修改FC25;立柱旋轉Q軸的PLC定位是一個(gè)流程控制,涉及到X/Z1/Z2的狀態(tài)與坐標位置要求、前/后防護門(mén)的開(kāi)關(guān)、磨頭的狀態(tài)、定位銷(xiāo)動(dòng)作、各限位的狀態(tài)連鎖等,采用流程控制編程方式使程序思路清晰、可讀性好。下面就其中幾個(gè)主要的調試技術(shù)進(jìn)行闡述。
3.1 參數組切換
內外圓磨頭通過(guò)ANA模塊作為一個(gè)模擬主軸在NC中直接編程,其兩臺電機功率、轉速等參數不同,因此需用到611U的參數組切換功能。
611U的參數組交換功能的設計與調試類(lèi)似于6RA70、6SE70等西門(mén)子產(chǎn)品,支持最多4臺不同參數的電機,通過(guò)SincomU設置實(shí)際使用的參數組數量,并設置好相應的各組主要電機參數:
1103 Rated motor current :電機額定電流(A)
1119 Series reactor inductance :定子感抗(mH)
1129 Cosine Phi power factor :功率因素
1130 Rated motor power :電機額定功率(kW)
1132 Rated motor voltage :電機額定電壓(V)
1134 Rated motor frequency :電機額定工作頻率(Hz)
1146 Maxinum motor speed :電機最大允許轉速(rpm)
1400 Rated motor speed :電機額定轉速(rpm)
上述的所有參數,包括1119和1129必須與實(shí)際電機匹配,以使電機工作正常,1146的值對應611U模擬給定輸入電壓10V,該值應與NC參數MD32250相匹配。
參數組的切換利用611U的自定義DI端子來(lái)控制,切換成功與否可通過(guò)SincomU來(lái)監控,并通過(guò)自定義DO端子來(lái)跟蹤生效的參數組,以控制相應的接觸器閉合。
兩個(gè)主軸的速度匹配與限制,通過(guò)PLC調用FB3來(lái)修改NC參數32250、32000、36200等來(lái)實(shí)現,每次內外圓磨頭切換后PLC控制自動(dòng)修改參數并軟復位使參數生效。
3.2 動(dòng)平衡系統
外圓磨頭的動(dòng)平衡系統選用德國MPM AB240控制器,結合測振儀反饋信號和轉速信號,通過(guò)電磁感應來(lái)控制兩只平衡調整電機的運動(dòng)方向,調整相應的平衡塊的位置,從而達到動(dòng)平衡自動(dòng)調整的目的,所有參數通過(guò)觸摸屏相應的菜單輸入,也可以通過(guò)軟件嵌入到Sinumerik HMI Advanced軟件中,集成操作。經(jīng)過(guò)安裝調試,該系統工作正常,反應靈敏,可以通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)方式來(lái)實(shí)現砂輪的動(dòng)平衡,不平衡量小于0.06μm。
根據振動(dòng)傳感器和速度傳感器的特性設置AB240的硬件參數(Special Parameter,參數仍為德語(yǔ)標識):
Schwingungsfuhler:1:1,振動(dòng)傳感器的信號放大比
Drehzahl sensor:NPN,速度傳感器輸出為NPN型
Vorgabedrehzahl:AUS,默認平衡速度設置無(wú)效
根據外圓磨頭正常工作的平衡特性需求與機械狀態(tài),設置適當的動(dòng)平衡量參數(Limit Parameters):
In Tolerlanz:0.06μm,不平衡量限值
Auβer Toleranz:0.09μm,不平衡量超出范圍值
Unwucht Alarm:0.2μm,不平衡量報警值
Drehz. Kleiner:1000rpm,轉速下限
Drehz. Grosser:1800rpm,轉速上限
3.3 電磁吸盤(pán)控制器
電磁吸盤(pán)的控制選用了德國Wagner Magnete公司的最新產(chǎn)品L752系列數字控制器來(lái)實(shí)現吸盤(pán)的上磁、消磁,其磁力大小通過(guò)一只六檔格雷碼編碼開(kāi)關(guān)控制,根據磨削工藝來(lái)選擇相應的檔位,線(xiàn)纜均通過(guò)臺面底部安裝的旋轉滑環(huán)來(lái)連接,相應的連鎖與控制通過(guò)PLC程序來(lái)實(shí)現。
選擇的控制器為752-ST/1,一個(gè)控制器可最多支持四個(gè)功率模塊,選擇的功率模塊為752-LT/EP30,最大電流30A。
在使用控制器前需對其進(jìn)行組態(tài),可以通過(guò)跨接片手動(dòng)組態(tài),也可以通過(guò)單獨購置的PC版軟件來(lái)組態(tài)。手動(dòng)組態(tài)時(shí)通過(guò)X4上的HK4、HK3、HK2、HK1、UMP、SPA共六個(gè)端子的組合狀態(tài)實(shí)現,每次手動(dòng)組態(tài)需維持最少4秒才能生效,且各個(gè)獨立的組態(tài)碼不能組合進(jìn)行。如吸盤(pán)類(lèi)型為永磁電磁吸盤(pán)的組態(tài)碼為010011,6檔格雷碼夾緊力檔位組態(tài)碼為100111。以上組態(tài)完成后可連接電磁吸盤(pán)進(jìn)行對象測量,其組態(tài)碼為000011。如果需要對控制器內部的繼電器進(jìn)行復位,則可通過(guò)組態(tài)碼111111來(lái)實(shí)現。
組態(tài)完畢后就可以通過(guò)外部按鈕來(lái)控制電磁吸盤(pán)的上磁與退磁,并通過(guò)控制器自帶的輸出信號控制相應的指示燈。
3.4 磨削加工界面
內圓砂輪有Φ90mm、Φ150mm、Φ175mm三種規格,分別設為T(mén)1、T2、T3,外圓砂輪設為T(mén)4。砂輪修整程序中根據實(shí)際修整量自動(dòng)修改刀具磨損數據,在磨削加工程序中調用刀具數據進(jìn)行補償,后臺的NC程序將有關(guān)錐度和補償數據的計算統一規劃考慮。
程序調試完畢后,設計與制作人機對話(huà)界面,僅需輸入相應的加工數據,即可自動(dòng)完成各種磨削、砂輪修整及補償等任務(wù)。砂輪規格的選擇、安全磨削增量、安全退讓距離等加工參數直接在畫(huà)面中設置。加工過(guò)程中,工件坐標值、已磨削量、剩余磨削量、磨削進(jìn)程等均在畫(huà)面中實(shí)時(shí)顯示,使機床的效率和可操作性得到了很大的提高。同時(shí)設計了過(guò)程數據與機床信息監控畫(huà)面,配合故障診斷報警,使機床的故障率和故障時(shí)間得到降低。圖2是內圓磨削的界面,畫(huà)面中的“當前位置”軟鍵可將對刀后的當前位置設為工件坐標零點(diǎn),方便操作;畫(huà)面中的“修改”軟鍵可將畫(huà)面中的可修改部分置為修改狀態(tài),允許數據輸入;畫(huà)面中的“確認”軟鍵表示確認畫(huà)面中的加工數據輸入完畢,系統自動(dòng)切換到AUTO方式,加工開(kāi)始進(jìn)行。在砂輪修整畫(huà)面中,對重要的數據如砂輪修整零偏值等進(jìn)行了加鎖保護,防止誤操作。

圖2  磨削軟件界面示例1
3.5 直徑模式
    對于立式內外圓磨床來(lái)說(shuō),X軸的位置顯示應設置為實(shí)際行程的兩倍,類(lèi)似與立車(chē)的X軸,要使直徑顯示并在編程中采用直徑編程,需修改參數如下:
MD9020 TECHNOLOGY=1,1:車(chē)模式,2:銑模式
MD27800 TECHNOLOGY _MODE=1,1:車(chē)模式,2:銑模式
MD20360 TOOL_PARAMETER_DEF_MASK=C0H,位6、7置“1”,分別激活直徑值計算與讀取。
MD20100 DIAMETER_AX_DEF=X,設置X軸為直徑模式軸
這樣,只要在工件坐標系下X軸行程值就顯示為機床坐標下的兩倍。在NC編程時(shí)加上模態(tài)指令DIAMON即可。
3.6 系統分辨率
由于每次進(jìn)刀量小,有時(shí)可能為0.003mm或0.005mm,所以半徑顯示應為0.0015mm或0.0025mm,HMI默認的小數點(diǎn)后3位顯示不能滿(mǎn)足加工的需求,需要修改如下參數:
MD10200 INT_INCR_PER_MM=10000,位置值計算分辨率設為小數點(diǎn)后4位
MD9004 DISPLAY_RESOLUTION=4,顯示分辨率設為小數點(diǎn)后4位
這樣,系統就會(huì )自動(dòng)提高計算與顯示精度。當然一臺機床的加工精度主要取決于機床的幾何精度、定位精度和重復定位精度,只有機床精度和測量系統精度達到或接近于系統的計算與顯示精度,這樣的設置才有意義。
4. 結語(yǔ)
經(jīng)過(guò)機床的整體再制造,原有的隱患得到了根除,新的控制系統功能強大,運行可靠,電磁控制器和動(dòng)平衡系統反應靈敏,運行穩定。系統運行穩定,交付使用以來(lái)尚未出現故障;幾何精度、定位精度和重復定位精度均達到或超過(guò)該機床的出廠(chǎng)精度標準,X、Z1、Z2軸重復定位精度分別達到8μm、6μm和4μm(德國VDI3441標準)。
對于內外圓磨床來(lái)說(shuō),前面所述的要點(diǎn)基本上是通用的,但對于軋輥磨床、平面磨床、磨齒機等來(lái)說(shuō),又有它們自身的一些技術(shù)要點(diǎn),如軋輥磨床的測量與仿形系統、磨齒機的電子齒輪系統、磨床的磨削力實(shí)時(shí)數據采集等均有許多值得探討的東西,希望本文能起到拋磚引玉的作用,使同行一起探討。

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