中大型軸承套圈高效車削解決方案

王建共，馬春偉

(浙江進泰機械設備有限公司，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上進行精車加工，加工過程中刀具進給只能做一次往復，切削過程只能一次完成，存在以下問題：

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

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

2 解決方案

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

為提高生產效率，車床采用2套拖板。1#拖板由Z1軸與X1軸組成，Z1軸由汽缸驅動，完成拖板快速移進；X1軸由伺服電動機驅動，實現切削進給。2#拖板由伺服電動機驅動的X2軸組成，實現切削進給，僅作縱向運動。兩拖板可同時工作或錯時工作，加上分段進刀程序設計，一次裝夾可完成多個加工工序。考慮到經濟性與操作習慣，車床未設置機械零位而采用浮動零點。

下文主要從車床的控制系統方面對解決方案進行說明。

3 控制系統設計

控制系統原理如圖1所示。人機界面TD220用來設置加工程序，調整工藝參數，并對機床各運動部件進行監控。PLC根據設置的程序、工藝參數及外部控制信號，輸出信號控制執行機構完成加工過程。

圖1 控制系統原理圖

3.1 硬件設計

(1)人機界面選用TD220文本顯示器，其具有20個按鍵，可代替部分控制柜的機械按鈕，可顯示12×4行漢字，具備RS232/RS485通信口，可實現加工程序設置、參數設置和運行狀態監控等功能[1]。

(2)選用的PLC配置為DVP32ES200T+DVP08XP211T，具備20DI/20DO。PLC負責采集各檢測開關及控制按鈕信號，輸出各驅動部件的控制信號，保存加工程序及參數，是整個控制系統的核心。ES2具備DDRVI相對定位、DDRVA絕對定位指令，方便運動程序編制，滿足車床控制系統的需要。因為X1，X2軸為獨立拖板，工作中要求分時或同時動作，并無插補需求，一般數控系統不能完成同時動作功能，而用PLC實現雙拖板車床控制是較經濟實用的方法[2]。

(3)伺服系統接收PLC發出的脈沖信號并完成進給運動，通過設置參數使X1，X2軸的進給精度達到1 μm/脈沖。伺服系統選用臺達ASDA-AB系列。

3.2 程序設計

3.2.1 PLC程序

車床有3種工作狀態：自動加工狀態、手動調試(含程序編輯及參數設定)狀態和報警處理狀態。這3種狀態均以順序功能圖SFC編程實現，在適當條件下可切換。在自動加工中，如有故障或發生異常即會轉為報警處理狀態；車床停止時可轉為手動調試狀態。狀態切換、報警信號預處理、計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

當各條件滿足時，車床停止中按循環啟動/停止鈕，將置位生產加工標志，車床執行加工過程，加工工藝流程如圖3所示。一次循環結束，判斷生產加工標志決定是否進行下一次加工過程。加工中按下循環啟動/停止鈕，生產加工標志復位，車床加工完當前工件后停止。加工中如發生急停故障，加工標志復位，車床進入急停狀態，操作人員進行適當干預后，按故障復位鈕后返回準備狀態。

圖3 加工工藝流程圖

3.2.2 人機交互界面

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

圖4 參數設置畫面

圖6 X1軸進給程序設置畫面

圖7 報警查詢畫面

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

4 結束語

經實際生產檢驗，車床操作方便，控制系統工作可靠，有效解決了排屑問題，提高了加工效率。