一种新式高效轴承内圈滚道磨床控制系统的研制

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Research of a New Type of High Performance Control System for BearingInner Ring Raceway GrinderZHU Chenghua(Chengdu Technological University，Chengdu Sichuan 61 1730，China)Abstract：The control system for circular grinder of inner ring and outer ring of cylindrical roler bearing and taper roler beatingwas improved，and coarse，fine grinding with workpieee were realized.The improved control system of grinder not only is reduced involume，the reliability of the system is enhanced，but also the utilization of the system is improved greatly and using cost is reduced。

It has achieved very good efect in practical applications。

Keywords：Bearing；Inner ring raceway；Grinder；Control system；Improvement目前，成批磨削圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承的内圈道和外圈外圆的磨削工艺是采用两台磨粗别进行粗 、精磨削。磨床的控制系统采用继 电器进行控制，控制部分体积庞大，响应时间长，且可靠性不高，经常出现故障，磨削工件的功能单-。针对这种情况，在完成机械部分改造的基础上，对磨床控制系统进行了技术改造，将两台磨床的功能集中到-台磨床上，实现粗、精磨-次完成。

1 改进后的轴承内圈滚道磨床的机械结构与功能改进后的轴承内圈滚道磨床主要由床身、进给手轮、工作台、位置行程挡块、砂轮修正器、托板、磨头和驱动工作台手轮等组成。机床工作台可变速手动和液压无级传动；砂轮架横进给可手动和切入半自动循环；砂轮架可液压快速进退；砂轮半 自动修整和自动补偿；头架上装有无心夹具，液压控制的上下料机械手取下加工好的工件 ，此时无心夹具上磁，将工件夹牢。工件卡盘由电机带动作旋转运动。同时 自动量仪的侧爪也由液压控制转进工件内部张开，随时监测轴承内圈的内径。架头除了作旋转运动外，还由液压部分控制作进给运动，即作水平方向的运动。磨架装在工作台上，工作台由液压控制作纵向运动。这种纵向运动抑两种情况 ：工作台快速进入工件及工作台以磨速作往复运动 ，当磨削完-个工件之后头架跳出，工作台快速返回。为了保证精磨的质量，砂轮在粗磨后安排-次砂轮修整。此时工作台以修整速度右行，砂轮修整器倒下 ，工作台以磨削速度左行 ，让砂轮修整器上的金钢笔修磨砂轮。完毕后修整器抬起，继续精磨。为了提高工件光洁度，在精磨完后还安排- 次无进给 的光磨，尺寸未到、则进行微量补偿进给。

2 改进后磨床的运行形式及控制要求磨床共有 5台电动机，砂轮 电机是主要运动电机，直接带动砂轮旋转，对工件磨削加工。磨削加工时，由头架和尾架把工件心轴顶紧，头架电机旋动头架带动工件旋转 ，由于加工工件的直径大邪精磨、粗磨要求的不同，通过调节头架顶头的转速来满足。冷却电动机带动冷却泵供给工件冷却液，同时利用冷却液带走磨下的铁屑。油泵电机供给各部件润滑油。

磨床的控制要求为砂轮电机、冷却泵电机、头架电机、油泵电机都只作单方向旋转；砂轮电动机的旋转运动不要求调速，由-台三相异步电动机拖动即收稿 Et期：2012-04-16作者简介：朱成华 (1971- )，硕士，副教授，研究方向为机电设备的自动化、智能化。E-mail：zch654321###yahoo.com.cn。

第 10期 朱成华：-种新式高效轴承内圈滚道磨床控制系统的研制 ·25·可；电磁吸盘应有吸牢工件的正向励磁 ，松开工件的断开励磁 ，以及抵消剩磁，便于取下工件的反方向励磁控制环节 ；为保证加工精度 ，使其运行平稳 ，要供给各部件润滑油；满足加工工件的直径大小 、磨削精度的要求、要求头架电机的转速能调节；保护环节应包括各电路的短路保护、电动机过载保护、电磁吸盘不足的零电压保护等；必要的信号指示及照明。

3 磨床控制系统硬件设计动、粗磨 、精磨、无进给磨削，定时等方案。手动/自动转换 ，当转换开关旋转至手动状态时，自动不起作用，系统通过操作面板上不同的手动控制按钮来完成各道工序；当转换开关旋转至自动状态时，按下启动信号，PLC则按预先设计的符合工艺要求的程序运行。粗磨阶段、精磨、无进给磨削阶段：主轴高速运转。选用 PLC对无进给磨削定 时进行控制 ，工件加工时间可根据工艺要求选择不同的磨削时间。PLC控根据工件工艺的要求，控制系统设定了手动、自 制系统的I/O分配如表 1所示 。

表 1 改进后磨床的 PLC控制系统 I/O分配表3.1 磨床主电路设计磨床的主电路如图 1所示。

3.2 磨床 PLC控制电路设计磨床 PLC控制电路如图2所示。主电源线经端子接入电箱并通过总开关 QS1及总熔断器供给机床电源，在各项准备工作完成并检查配线可靠无误后，应先接通外部供电电源，然后闭合机床电箱的总电源开关 QS1，这时操作台上的电源指示灯应亮。首先按动操作台上的按钮 SB3，接触器 KM5吸合，油泵电机M3起动；供给机床各部件润滑油 ，然后通 过旋钮SA1选择工作方式即手动半自动。

在方式确定之后，开始装工件。3M2150装工件时，在头架为停止的状态时，踩压脚踏板 ，松开工件夹紧装置，装人工件，再松开踏板 ，这时工件应被夹紧，在头架旋转状态下，脚踏板将不起任何作用。在手动方式下按下SB3，降压起动砂轮电机 M1。头架电机 M2可以通过 SA4选择 3种速度 ，其速度确定后按压SB5使砂轮架快进并使冷却泵 M4起动。

· 26· 机床与液压 第 4l卷QSL紧急停止按钮砂轮停止按钮砂轮启动按钮砂架退按钮砂架进按钮冷却泵停止冷却泵起动油泵起动整修停止热保护修整起动头架点动头架起动头架停止充磁开关退磁开关砂架前位压台 限位开关粗转精压台 限位开SBl。 -- .， SB2 -u- - - - SB3 -u----，SB4 Iu- SB5- - SB6。 - SB7 u图1 磨床的主电路如图L 1 N 1 ACIlOVSB10SB1lSB12SB13 IuSB14SB15SB16SQ1SQ2X0 YOIXl YlIX2 Y2IX3 Y3X4 FX2N.42RM Y4X5 Y5X6 C0M lX7 COM 2Xl0 Y10Xll Y11Xl2 YI2Xl3 Y13X14 Y14X15 Y15X16 Y16X17 Y17X33 CoM 320 CO·M 4Ⅸ21 Y20Ⅸ22 Y21Ⅸ 23 Y22tX24 Y23IX25IX26lX27IX30 Y24lX3l Y25IX32 Y26ICOM转无进给压合 限位开关切入复位压断限位开修整返回限位开SQ3SQ4SQ5压合气压头松限位开关自动、手动转换开关光磨时间转换开关SQ6SAlSA2YVl 砂轮架进退 电磁阀切入转无进给电磁切入粗转精 电磁阀切入退电磁阅整修电磁阀气压夹紧电磁阀DC24VYV2VYV5YKM 1KM 2KM3Y形连接l(M △形连接砂轮电机头架电机油泵电机： 冷却泵电机充矗KM 4KM 5KM 6KM 7KM 8 KM 3HLlHL2退 磁AC110V电源指示粗磨指示灯精磨指示灯光磨指示灯整修指示灯AC24VA- - 零压指标 · 丁. .. . .. .. . . .. . .. . .. . . AC90 V图2 磨床PLC控制电路原理图FRlFR2FR3FR4-1 ～1]FU6[ lFulI 110V 24V FU5蔗第 10期 朱成华：-种新式高效轴承内圈滚道磨床控制系统的研制 ·27·在手动状态下，即 SA1在调整方式，切人缸进行到底，此时手动裔进给机构可进行磨削，到尺寸后退手轮按 SB4砂轮架快退 ，完成-个循环 ，此时可适当调整 SQ1为半 自动磨削做好准备。在半 自动方式下首先将 SA1选到半 自动位置，切入缸复位 ，这时按 SB14砂轮可快进 ，压合 SQ1、YV2和 YV3吸合开始粗磨，挡铁压合 SQ2释放 YV3，机床粗磨转精磨，压合 SQ3后，YV2释放，机床由精磨转无进给磨削。无进给磨削时间可用 SA1来选择。怪三挡 ：10 s、20 s、30 s；当延迟时间到后，砂轮架快退，切人缸退回直到压合行程开关 SQ4后停止，取下工件，此时为-个半自动循环结束。修整砂轮只有在砂轮架后退位 置进 行，按下按 钮 SB10，电磁 阀YV5得电，开始修整，当压合行程开关 SQ5或按下按钮SB9时，修整结束，修整器退回，在整个修整过程中指示灯 HL5亮，结束后灭。机床在磨削过程中，分别在粗磨阶段、精磨阶段、无进给磨削阶段指示灯 HL2、HL3、HL4分别亮。

3.3 电磁吸盘电路设计电磁吸盘是固定加工工件的-种夹具，利用通电导体在铁心中产生的磁场吸牢铁磁材料的工件，以便加工 。它与机械夹具相 比，有夹紧迅速、不伤工件、-次能吸牢多个小工件 ，以及工件发热后可以自由伸缩等特点。电磁吸盘在磨床上使用十分广泛。保护装置由放电电阻尺和电容 C以及零压继电器 KA组成。 、C组成放电回路，吸收电磁吸盘YH线圈断电时产生的自感电动势。零压继电器 KA保证 了当电源 电压不足而使 电磁吸盘吸不牢工 件时，砂轮电动机和头架电动机停转，以免导致工件被砂轮打出的事故。

图3 电磁吸盘接线图4 PLC控制系统的软件系统设计限于篇幅，只列出磨床机构动作循环，以此作为PLC梯形图编写思路，磨床动作循环如图4所示 ，粗精 自动切人工作循环图如图5所示 ，对具体梯形图不作赘述。

头号架可点动工件旋转砂轮电机开冷却泵开图4按砂轮架快进按钮嚣I气 l动 J气 装动 工开 件关 脚踏鎏快退工雨止转j冷却泵脚踏气动开关卸工 件莲 21 ：. 件 厂 i 转动， 冷却液开 I I 精切入由行程开关发信号控制转粗进给由行程开关发信号控制转精进给无火花磨削磨削时间由时间继电器控制由定程挡块与行程开关发信号控制停止切入进给图5 粗精 自动转换工作循环图5 结论经实际运行，改进后的磨床大大提高了圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承的内圈道和外圈外圆的磨削效率，降低了成本，且实现了手动与自动控制方式选择，操作方便。采用PLC控制去掉了原磨床的中间继电器，时间继电器等，使线路简化，维修方便，提高了系统的可靠性。