内圆磨床进给系统的设计.doc

-1-摘要随着机械制造工业的快速发展，用户对机床性能的要求不断提高。内圆磨床正逐步数控化向高精度、高效率、柔性化的方向发展。高档型数控系统以其卓越的性能获得了广泛地应用，但成本较高。根据内圆磨床的机械结构及工作特点，本文采用了可编程控制器（PCL）、位控单元、触摸屏作为控制系统，利用PLC的位置控制功能实现伺服控制的设计方案，从而实现与数控系统相同的控制效果。本文首先对PLC、控制单元、触摸屏、伺服驱动系统等组成部分进行选型并完成了硬件电路的设计。再根据机床动作流程编制了PLC程序、位控单元程序、触摸屏画面、然后对伺服运动系统进行研究，建立了机床伺服运动系统的数学模型，分析系统的特性和影响系统动静态特性的主要因素。最后完成系统调试和整机磨削试验，验证了方案的可行性。关键字PLC位控单元，触摸屏，伺服控制ABSTRACTThedemandofconsumertomachinetoolsfunctionimprovesunceasinglywiththedevelopmentofmechanicalmanufacturingindustry.Theinternalgrinderbecomesnumericalcontrolstep-by-step,developstothedirectionofhighaccuracy,highefficiency,flexibilityspend.Thetopgradetypenumericalcontrolsystemisappliedbroadly,butitcostshighly.ThebookhasbeenadoptedaschemethatPLC,positioncontrolunit,aswellastouchingscreentoPLCtorealizetheservocontrol,Torealizecontrollingeffectidenticalwithnumericalcontrolsystem.AtfirstthebookchoosestheingredientssuchasPLC,positioncontrolunit,touchingscreen,servodrivingsystem,anddothedesignofcircuitandsignallinking.Thenaccordingtomachinetoolaction,thebookestablishtheprogramofPLC,theprogramofpositioncontrolunitandtouchingscreenwindow.AndIresearchtheservomotionsystemandbuildthemachinetoolservofeedingsystematicmathematicmodel,drivedeliveryfunction,analysethecharacteristicpropertyoffeedingsystemandthemajorfactorofthestaticcharacteristicofsystem.Atlast,Icarriedoutsystemdebuggingandthegrindingtesttoverifyingthefeasibilityofthisscheme.【Keywords】PLC；Positioncontrolunit；Touchingscreen；Servocontrol；-2-绪论1.1国内外轴承内圆磨床设计概况滚动轴承是一种量大面广、高精度的机械基础件，广泛应用于机械、电子、航空航天、运输、纺织、医疗、冶金、IT等国民经济各部门各行业。磨削加工属精加工工序，主要用于淬硬材料或难加工材料的高精度机械加工，滚动轴承加工设备中60%以上是磨加工设备。在轴承磨加工设备中，内表面磨床的水平具有表征意义。轴承套圈磨床的发展己引起国内外厂家的广泛重视，发展的重点是:提高加工精度和长期稳定性，提高生产效率及自动化程度。在现代轴承磨床设计和制造中，大量采用新工艺、新技术，使磨床的各方面性能大幅提高，主要表现在:(l)普遍采用60一80米/秒的高速磨削，提高磨削精度和工作效率，改善磨削质量。(2)对磨削过程进行适应控制，实现磨削的最佳化。(3)应用磨削在线主动测量及机外测量反馈等检测手段监控磨削过程。(4)采用新型磨具(如CBN砂轮)和高压大流量冷却等配套技术保证磨削条件的最佳化。(5)全面实现自动化及无人化生产，尽可能减少人为因素，保证磨削精度、稳定性。轴承工业的发达国家瑞典、美国、日本、意大利、德国等在轴承磨床新技术方面不断创新，现代轴承磨床普遍装备了电子计算机控制(CNC)装置，并向磨削中心发展，如瑞典尤瓦公司的Ul10CNC磨削中心，集外圆磨床和内圆磨床之长，可一次装夹同时磨削内、外圆和端面。瑞士乌马德公司的200CNC磨削中心，采用有三根砂轮轴的标准转塔式砂轮架，可做180度回转，也可带三根砂轮轴和一只检测测头的四工位转塔砂轮架。现代磨床除高速磨削外还普遍采用适应控制技术。由于内圆磨削工艺系统刚性较差，磨削处于不稳定状态，不易提高磨削精度，采用适应控制技术可使磨削状态稳定不变，能提高磨削精度和效率。如美国Heald公司生产的1EF90控制力轴承磨床，采用控制力的方法适应磨削。日本TOYO公司的T-11CNC内圆磨床采用控制功率的方法适应磨削。采用适应控制的设备还有日本精工精机的CNC内圆磨床，美国Bryant公司的轴承磨床等等。我国内圆磨床经历了仿制，改进设计和自行设计三个阶段。前期通过对前苏联、前民德和意大利等国的内圆磨床进行仿制，如无锡机床厂生产的MZ208全自动轴承内圆磨床。后来到了六五、七五期间洛阳轴承研究所自主开发了ZYS一811全自动轴承内-3-圆磨床。采用了多项在当时较为先进的技术，如高速磨削、主动测量、高速机械往复振荡、新型高速砂轮等技术，成为国内第二代磨床的代表。现在通过引进技术，无锡机床厂生产出了IEF系列全自动内圆磨床，采用控制力磨削，精密圆棒静压导轨等先进技术，但总的水平与国际先进水平尚有较大差距。-4-轴承内圆磨床的功能分析.轴承内圆磨床的整体与部件轴承内圆磨床由机床机械部分和电气控制部分组成。2.1.1机械部分轴承内圆磨床由进给系统、砂轮修整器、往复拖板等往复机构组成（如图2.1）1.进给系统2.砂轮修整器3.往复拖板4.往复机构1.进给系统2.砂轮修整器3.往复拖板4.往复机构图2.1内圆磨床的平面布局（1）进给系统进给系统由伺服电机驱动滚珠丝杠，带动进给工作台实现恒功率磨削。进给工作台由精密滚动导轨支承，实现精确直线运动。进给运动循环包括快速趋近、黑皮磨削、粗进给磨削、粗微退、精进给磨削、精微退、精光磨等工步，进给系统是磨床的核心部件。（2）往复机构由交流变频电机驱动高速机械往复振荡机构，实现砂轮相对于工件的往复，往复工作台由精密滚动导轨支承，实现精确直线运动。（3）主动测量仪表送进机构主动测量仪表安装在仪表架上，由液压油缸驱动仪表架摆杆实现仪表的精确送进、测量动作，从而完成主动测量仪的在线主动测量。