中大型軸承套圈高效車削解決方案

王建共，馬春偉

(浙江進(jìn)泰機(jī)械設(shè)備有限公司，浙江 新昌 312500)

1 問題的提出

中大型軸承套圈(外徑大于100 mm)在液壓車床WZ6100上進(jìn)行精車加工，加工過程中刀具進(jìn)給只能做一次往復(fù)，切削過程只能一次完成，存在以下問題：

(1)排屑不暢。在進(jìn)行滾道、密封槽車加工時(shí)，由于車削留量大，過長的鐵屑容易纏繞在車刀上或卡在設(shè)備上，增大加工工件尺寸誤差；影響自動(dòng)上、下料，造成意外停機(jī)；而且容易刮傷工件表面造成外觀缺陷。

(2)生產(chǎn)效率不高。為保證上料、裝夾穩(wěn)定，中大型套圈的上料時(shí)間要比小型產(chǎn)品更長；套圈加工需要多次裝夾，加工節(jié)拍較慢，不利于生產(chǎn)效率的提高。

2 解決方案

針對鐵屑過長的問題，在車削過程中進(jìn)行分段進(jìn)刀，使長鐵屑變短并自行脫離，避免卷繞和堵刀。由于分段進(jìn)刀過程中切削有停頓，使工件內(nèi)部由車削產(chǎn)生的應(yīng)力得以釋放，達(dá)到了半精車、精車目的。

為提高生產(chǎn)效率，車床采用2套拖板。1#拖板由Z1軸與X1軸組成，Z1軸由汽缸驅(qū)動(dòng)，完成拖板快速移進(jìn)；X1軸由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切削進(jìn)給。2#拖板由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的X2軸組成，實(shí)現(xiàn)切削進(jìn)給，僅作縱向運(yùn)動(dòng)。兩拖板可同時(shí)工作或錯(cuò)時(shí)工作，加上分段進(jìn)刀程序設(shè)計(jì)，一次裝夾可完成多個(gè)加工工序。考慮到經(jīng)濟(jì)性與操作習(xí)慣，車床未設(shè)置機(jī)械零位而采用浮動(dòng)零點(diǎn)。

下文主要從車床的控制系統(tǒng)方面對解決方案進(jìn)行說明。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)原理如圖1所示。人機(jī)界面TD220用來設(shè)置加工程序，調(diào)整工藝參數(shù)，并對機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行監(jiān)控。PLC根據(jù)設(shè)置的程序、工藝參數(shù)及外部控制信號，輸出信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成加工過程。

圖1 控制系統(tǒng)原理圖

3.1 硬件設(shè)計(jì)

(1)人機(jī)界面選用TD220文本顯示器，其具有20個(gè)按鍵，可代替部分控制柜的機(jī)械按鈕，可顯示12×4行漢字，具備RS232/RS485通信口，可實(shí)現(xiàn)加工程序設(shè)置、參數(shù)設(shè)置和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等功能[1]。

(2)選用的PLC配置為DVP32ES200T+DVP08XP211T，具備20DI/20DO。PLC負(fù)責(zé)采集各檢測開關(guān)及控制按鈕信號，輸出各驅(qū)動(dòng)部件的控制信號，保存加工程序及參數(shù)，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。ES2具備DDRVI相對定位、DDRVA絕對定位指令，方便運(yùn)動(dòng)程序編制，滿足車床控制系統(tǒng)的需要。因?yàn)閄1，X2軸為獨(dú)立拖板，工作中要求分時(shí)或同時(shí)動(dòng)作，并無插補(bǔ)需求，一般數(shù)控系統(tǒng)不能完成同時(shí)動(dòng)作功能，而用PLC實(shí)現(xiàn)雙拖板車床控制是較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法[2]。

(3)伺服系統(tǒng)接收PLC發(fā)出的脈沖信號并完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，通過設(shè)置參數(shù)使X1，X2軸的進(jìn)給精度達(dá)到1 μm/脈沖。伺服系統(tǒng)選用臺達(dá)ASDA-AB系列。

3.2 程序設(shè)計(jì)

3.2.1 PLC程序

車床有3種工作狀態(tài)：自動(dòng)加工狀態(tài)、手動(dòng)調(diào)試(含程序編輯及參數(shù)設(shè)定)狀態(tài)和報(bào)警處理狀態(tài)。這3種狀態(tài)均以順序功能圖SFC編程實(shí)現(xiàn)，在適當(dāng)條件下可切換。在自動(dòng)加工中，如有故障或發(fā)生異常即會(huì)轉(zhuǎn)為報(bào)警處理狀態(tài)；車床停止時(shí)可轉(zhuǎn)為手動(dòng)調(diào)試狀態(tài)。狀態(tài)切換、報(bào)警信號預(yù)處理、計(jì)算各軸位置等工作均由主程序完成，其控制流程如圖2所示。

圖2 主程序流程圖

當(dāng)各條件滿足時(shí)，車床停止中按循環(huán)啟動(dòng)/停止鈕，將置位生產(chǎn)加工標(biāo)志，車床執(zhí)行加工過程，加工工藝流程如圖3所示。一次循環(huán)結(jié)束，判斷生產(chǎn)加工標(biāo)志決定是否進(jìn)行下一次加工過程。加工中按下循環(huán)啟動(dòng)/停止鈕，生產(chǎn)加工標(biāo)志復(fù)位，車床加工完當(dāng)前工件后停止。加工中如發(fā)生急停故障，加工標(biāo)志復(fù)位，車床進(jìn)入急停狀態(tài)，操作人員進(jìn)行適當(dāng)干預(yù)后，按故障復(fù)位鈕后返回準(zhǔn)備狀態(tài)。

圖3 加工工藝流程圖

3.2.2 人機(jī)交互界面

TD220文本顯示器提供操作人員與車床之間的交互界面，其畫面設(shè)計(jì)要依據(jù)操作方便、直觀明了的原則。部分操作界面顯示如圖4～圖7所示。

圖4 參數(shù)設(shè)置畫面

圖6 X1軸進(jìn)給程序設(shè)置畫面

圖7 報(bào)警查詢畫面

可以設(shè)置每工步X1軸位置、速度、完成后延時(shí)；Z1軸與吹氣冷卻的動(dòng)作情況。圖6中程序規(guī)劃有12步，而系統(tǒng)規(guī)定最大為32步，能滿足現(xiàn)有所有套圈的加工需求。X2軸也具有類似規(guī)劃加工程序的畫面。加工中有異常，TD220將自動(dòng)顯示故障畫面(圖7)。

4 結(jié)束語

經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)，車床操作方便，控制系統(tǒng)工作可靠，有效解決了排屑問題，提高了加工效率。