AF180曲轴磨床量仪改造

朱奎阳 杨 林 杨 松 赵新光

（沈阳工业大学机械工程学院，辽宁沈阳 110178）

本次量仪改造工作是在前一次使用德国博世-力士乐公司的MTX数控系统成功改造NAXOS曲轴连杆颈磨床的基础上进行的。该磨床使用的测量仪器是MAPOSS E40量仪（以下简称E40量仪）。由于使用时间较长，E40量仪电子元器件都已严重老化，故障率高，维修困难，而且其备件价格昂贵且不易购买，致使机床不能保证产品质量，满足不了生产需要。此外，该磨床的砂轮修整工作是靠E40量仪分别给两个步进电动机发指令信号完成的。由于E40量仪无法接收反馈信号，所以无法实现砂轮的数控化修整，以至于砂轮修整的可控性和灵活性比较差。为了保证生产，提高效率，采用MAPOSS P7量仪（以下简称P7量仪）、博世-力士乐HCS01驱动器、MSK060C电动机成功地对该磨床进行了改造，使这台老设备在生产中重新担起了重任。

1 机床结构及工作原理

该机床是加工曲轴连杆颈两个轴段的专用机床。机床是由砂轮架单元、砂轮修整单元、夹具单元、MOPASS测量系统、液压系统、切削液循环系统等组成，如图1所示。该机床采用双主轴结构，即刀具主轴（砂轮轴）和工件主轴。

（1）砂轮架 用于曲轴连杆颈的外圆加工。一旦机床使能启动，砂轮始终处于旋转状态。砂轮轴由博世-力士乐变频器控制的主轴电动机驱动，它可以根据砂轮直径的大小对砂轮转速进行调整，以确保磨削的线速度恒定。

（2）砂轮修整器 砂轮修整装置安装在砂轮架的后部，加工时随同砂轮架一起沿着X轴移动。由靠模、金刚笔及其驱动部分、修整轴横向驱动等部分组成。修整时，由安装在两个砂轮后面的伺服电动机驱动金刚笔沿U1、U2进给，以补偿修整量，然后由W轴伺服电动机带动两个金刚笔按照预定的方向沿着靠模移动。这样，金刚笔就能在砂轮上修整出与靠模板上形状相应的轮廓。

（3）夹具单元 用于夹持工件进行磨削加工，是机床的工件主轴。采用液压夹紧方式。

（4）液压站 由砂轮主轴润滑部分、液压部分及冷却部分等组成，给砂轮主轴提供润滑油和液压元件提供压力油。

（5）切削液循环单元 由回水泵、出水泵、磁性分离器、电磁阀等组成，给机床修整和磨削提供切削液。

2 P7量仪及修整轴数控改造

（1）机床磨削工艺过程

曲轴连杆颈的磨削分四个过程，即粗磨→半精磨→精磨→光磨。加工程序启动后，砂轮架在伺服驱动轴的驱动下沿X轴快速前进，快进由机床的PLC控制。当砂轮架压上工进开关时转换为工进，工进开关把信号发送给MTX系统。当NC收到系统PLC传送的启动信号后，在程序控制下开始进入磨削过程。用户可以在MAPOSS量仪中预先设定工件加工各阶段的直径尺寸［1］。由于在磨削中MARPOSS外圆测量头卡在被加工直径位置，所以测量尺寸可以同步监控。当MARPOSS测量头测到数据与事先设定的数据一致时发出一个磨削尺寸到位（加工完成）信号给MTX数控系统，由MTX数控系统PLC给NC控制程序发出指令信号，从而实现四个磨削过程的尺寸控制。加工过程示意如图2。

（2）P7量仪的应用

MAPPOSS P7量仪通过PROFIBUS现场总线与MTX数控系统通信。硬件连接好后，导入P7量仪的GSD文件，并设置起始地址之后就可以直接与系统PLC通信［2］。PLC可以读取P7量仪发出的设定好的磨削尺寸信号，用以控制各种磨削过程的转换。NC系统还可以利用CPL变量实时获得P7量仪发出的工件锥度值（即被加工两轴段直径值之差）信号，给机床的精度控制，工件的合格与否，修磨程序的调用等提供比较依据。图3为接口连接示意图。

如图3所示，MTX数控系统给MAPOSS量仪的每个接口都分配了地址。其中，%IX600.0--%IX600.7分别为两个轴段在磨削四个阶段的到位信号，以此作为PLC的输入信号（BOOL型变量），用以实现过程间变换。而%IX601.0--%IX602.7将锥度值信号由中间变量WW、WW1（整字型变量）传给PLC，再通过CPL变量@R351、@R352可供NC程序随时调用。

（3）修整轴的数控改造

由于砂轮在磨削加工中存在有几何偏移和磨损偏移，所以它的磨损量需要得到及时修整及补偿。本机床改造前采用步进电动机作为砂轮修整进给轴，由E40直接给电动机发指令脉冲。这样控制存在着精度不高，灵活性差等不足。而且由于它不能通过NC编程的方式得到控制，使得整机的可控性大大降低。为了弥补这些不足，本次改造用两个伺服电动机代替原来的步进电动机。改造后整个修整结构示意如图4。

从图4可以看出，砂轮的修整器的修整架上有伺服电动机和金刚笔。修整砂轮磨削面时，砂轮需要高速转动，金刚笔随修整架一起由伺服电动机驱动，以设定的速度从左到右（W轴方向）移动。左右砂轮修整通过两个伺服轴和靠模头共同作用完成，每次修整量通过P7量仪和程序共同控制，从而提高了磨削精度和节拍。根据砂轮修整的需要将该机床修整种类分四种：零前修整、额外修整、计数/零时修整和手动修整。

零前修整：工件在加工程序将要完成之前，判断工件端尺寸若不合格将对砂轮进行一次修整。

额外修整：工件在机床设置修整次数未到时对砂轮修整。

计数/零时修整：加工工件数达到设置修整参数时或在工件加工前对砂轮修整。

手动修整：加工工件尺寸不合格，无法通过前三种解决，需要对金刚笔进给量和量仪重新设置，然后再进行修整。

改造后以上修整过程均由NC程序来实现。程序举例如下，其中@R_352为CPL变量。

这段程序体现了MTX在编写NC程序方面突出的特点，即采用G代码和CPL客户编程语言的混合编写方法。改变了传统G代码编程方式的固定化、封闭化、繁琐、冗余；客户编程语言，自由性更高，开放性强，操作简单，更人性化，为编程人员提供了广阔的思路。G代码语言和CPL语言还可以同时执行，但是由于CPL语言执行的较快，因而采用了一个WAIT语句。该语句功能的实现相当于使用了双CPU，这对程序的执行效率和机床精度的提高都有很好的改善［3］。客户编程语言中的CALL和GOTO等指令更方便了程序之间或者本程序段落之间的跳转，加上类C语言的编程方式，使得初学者更容易领悟。NC加工程序被组织在一个文件系统中，该文件系统可以被可控制的工作内存或大容量存储器灵活处理，因此解决了程序量受限制的问题。

3 结语

本次改造工作还对操作界面作了修改，添加了W轴、X轴润滑功能以及砂轮修整变量的输入标签，更加方便操作人员。我们还应用户希望筛选掉各个加工阶段误差过大工件的要求，对NC和PLC程序做了相应的修改，大大提高了工作效率。改造后机床操作方便、运行稳定、控制灵活、工作效率高。修整轴（金刚笔）的移动速度、定位精度较原先都有很大提高，使得机床联机运行后的加工节拍有了显著的提升，充分发挥机床的潜力。由于MTX数控系统提供了强大的功能和友好开放的应用界面，我们才在较短的工期内解决了众多的问题，成功的对该磨床进行了改造。该磨床改造后使用4个月来工作稳定，产品合格率达到要求。

［1］Marposs S.p.A.Installation Manual［M］.D291M000UB，Printed in Italy，2005.

［2］Bosch Rexroth AG，Rexroth IndraMotion MTX Programming Manual［M］.R911316992，Edition 01，Printed in Germany，2005.

［3］Bosch Rexroth AG，Rexroth IndraDrive Drive System，R911309636，Edition 03，Printed in Germany，2003.