数控转子槽倒角专用磨床的研制.pdf

D e s i g n a n dR e 9 鼬设计与研究数控转子槽倒角专用磨床的研制聂建武蔡建峰(陕西工业职业技术学院，陕西成阳7 1 2 0 0 0)摘要：数控转子槽倒角专用磨床。是针对压缩机转子槽口倒角的磨削要求而设计的自动化专用机床。该机床采用了P F l 0 0-5 0-5 0 磨床主轴单元作为砂轮主轴，采用C B N 成型砂轮对工件进行磨削，采用液压驱动的双顶尖和三爪卡盘对工件定位夹紧，采用F A N U C0 i M B 数控系统和P L C 联合控制机床的加工动作。实现加工自动化。关键词：转子槽倒角自动化加工数控专用磨床D e v e l o p m e n to fS p e c i a lD e b u r rG r i n d i n gM a c h i n ef o rC N CR o t o rG r o o v eN I EJ i a n w u，C A IJ i a n f e n g(S h a a n x iI n d u s t r i a lV o c a t i o n a lT e c h n o l o g yC o l l e g e，X i a n y a n g7 1 2 0 0 0，C H N)转子是空调压缩机的关键零件之一，而转子槽口的倒角又是转子加工中要求精度高、加工难度较大的部位。转子槽口倒角加工，直接影响着压缩机的性能，往往成为制约空调压缩机生产企业扩大生产规模、提高产品竞争力的瓶颈，多年来不得不依靠进口专用机床来解决这一加工难题。鉴于上述情况，2 0 0 4 年我院受南方某车用空调压缩机厂的委托，开始研制数控转子槽倒角专用磨床。1工件J j n-r 要求数控转子槽倒角专用磨床所加工的工件是空调器压缩机转子，其加工部位是分别对5 个槽口进行倒角，槽口两边分别倒出2 0+则、3 0 两个斜面，如图1 所示。转子槽口倒角的加工方法可以有多种，我们通过对转子整体加工工艺的分析，根据转子槽口倒角的技术要求，确定采用成形C B N 砂轮，同时完成对两个斜面的磨削加工，如图2 所示。该机床属大批量生产型专用数控磨床，要求装夹工件方便快捷，加工效率高(生产节拍5 08)，加工过程全部自动化。经过简单调整，还应对多种转子工件的槽口进行倒角磨削。暑图1 转子简图2机床运动及控制分析2 1运动分析根据上述对转子槽倒角确定的磨削方案可知，该机床的切削运动为砂轮旋转的主运动与砂轮沿转子轴线移动的进给运动。根据用户对机床加工效率及自动B 1 9(6)：2 3 2 9 2 3 3 48D e n gX i s h u，W uY u n x i n S i m u l a t i o ns t u d yo np r e c i s i o nv i b r a t i o nr e d u c t i o ns y s t e mf o rw o r k i n gs t a g eo fl i t h o g r a p h y I E E E：P r o c e e d i n g so ft h e6 t hI n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eO nE l e c t r o n i c sP a c k a g i n gT e c h n o l o g y，S h e n z h e n，C h i n a，A u g，2 0 0 5：3 2 5 3 2 99T 0 s h i mI t a n i 1 5 7 n mL i t h o g r a p h yf o r7 0 n mt e c h n o l o g yn o d e J a nJA p p i eP h y s，2 0 0 2，4 1(6 8)：4 0 3 3 4 0 3 61 0张春良，陈子艮，梅德庆双层主动隔振系统的动力学研究中国机固尝至磐械工程，2 0 0 3(1 4)：1 2 3 2 1 2 3 51 1丁文镜减振理论北京：清华大学出版社，1 9 8 8 第一作者：邓习树，1 9 7 6 年生，博士研究生，主要研究方向为微制造技术及动力学建模，发表论文8 篇。(编辑汪艺)(收稿日期：2 0 0 7 0 1 1 0)文章编号：7 1 0 2 6如果您想发表对本文的看法。请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。8 1万方数据设计与研究D e s 啪a n dR 洲咄化等方面的要求，机床在加工中应自动实现以下辅助运动：砂轮趋近工件、工件定位与夹紧、倒角磨削、砂轮离开工件、解除定位与松开夹紧、工件分度(7 2。)、重复上述运动，第二个槽口的倒角磨削，直至完成5 个槽口的倒角磨削。同时，还有加工前、后的关门与开门，冷却以及砂轮的修整等都要求在加工中自动完成。因此，机床除装卸工件之外，全部实现了加工过程的自动化。1 砂轮；2 一转子；3 卡盘；4 一蒴顶尖；5-后顶尖；6 一定位块。图2 转子槽口倒角磨羽示意隧2 2控制分析根据上述机床所需运动分析，该机床拟采用两顶尖轴向定位，圆周方向则采用棘齿粗定位和定位块精定位，三爪卡盘浮动夹紧，一次装夹完成转子5 个槽口的倒角磨削。其中，精定位和三爪卡盘的夹紧等由液压驱动完成。该机床整机拟采取3 轴3 联动C N C 与P L C 联合控制，其中由C N C 控制x 轴(砂轮左右移)、y 轴(砂轮垂直移)、A 轴(头架主轴旋转)完成数控轴的插补运动；由P L C 控制液压方向阀，完成对工件的定位与夹紧等。即C N C 插补控制和顺序控制共同完成机床加工所需的全部动作。综上所述，可以分析得出该数控转子槽专用磨床加工自动运行程序的动作顺序如下：关门埘轴左移一l，轴下移砂轮启动-+尾架前进-+精定位油缸前进_ 尾架加压-+三爪卡盘夹紧_ 头架主轴抱紧_ 精定位油缸后退-+冷却阀打开_ x 轴右移、左移一个往复_ 第一槽磨削完毕一尾架失压_+头架主轴松开卅轴正向旋转7 2。(分度)_ 三爪卡盘松开_ 精定位油缸前进一尾架加压_ 三爪卡盘夹紧-头架主轴抱紧_+精定位油缸后退-+石轴右移、左移一个往复_ 第2 个槽磨削完毕_+返回到原位_+直至磨完5个槽一冷却阀关_ y 轴上移，x 轴右移+开门。3机床的总体布局机床总体结构如图3 所示。8 254891 01 11 一冷却装置；2 一工作台；3 一液压装置；4 一立柱；5 一定位夹紧装置；6 一防护罩；7 一油箱；8 床座；9 一头架；1 0 砂轮修整器；儿砂轮主轴。图3 机床总体布局图4机床主要部件设计4 1砂轮主轴部件砂轮主轴部件结构如图4 所示。砂轮主轴采用P F l 0 0 5 0 5 0 磨床主轴单元，轴承采用N S K 7 2 0 8 C P 4两套配对的精密预加载荷高速角接触轴承。砂轮主轴由F A N U CS P B 3 机床主轴电动机驱动，通过同步带(1：1)带动砂轮主轴旋转。砂轮主轴的电动机恒功率无级调速范围为15 0 0 1 00 0 0r m i n，主轴电动机转速设定在50 0 0r m i n，推荐砂轮主轴转速为20 0 0 40 0 0r m i n。轴向微调机构及压紧螺钉是为更换砂轮后补偿砂轮误差而设置的，其微调行程为3m m。456781I|；d目氢C心r么Y81，口。一熙一一一，铆Ul酝茵，妊匡萨；3211 基座；2 一主轴单元；3 一带轮；4 一书；5 主轴电动机；6 一调整机构；7 轴向微调机鞠；8 一压紧螺钉。图4 砂轮架结构龟型2 0 t 0 7 至搿万方数据4 2 头架与夹具部件4 2 1头架结构头架如图5 所示。头架主轴由一对圆锥滚子轴承支承，轴承经精密调整及施加预紧力，保证其运动的精1 伺服电动机；2、4 带轮；3 轴承；5 卡盘；6 头架顶尖；7 一夹紧油缸；8 一编码器；9-一拉杆；1 0 _ 一头架主轴；1 1 一电磁制动器；1 2 一棘齿；1 3 _ v 形块；1 4 一日导轨；1 5 一尾架顶尖；1 6 一精定位片；1 7-导向杆；1 8 一顶尖油缸；1 9-定位油瓤。图5 头架与夹具结构确及有足够的径向、轴向刚度。头架由交流伺服电动机通过一对同步带轮带动主轴回转。主轴端部装有液压自动夹紧卡盘，通过回转油缸、拉杆对工件自动夹紧；电磁制动器实现主轴的夹紧或松开，并保证夹紧或松开时的主轴回转精度。轴承的润滑为脂润滑，密封为骨架回转密封圈密封。头架主轴上设零点开关，以满足在磨削工件时的定位要求。夹紧油缸上的左、右位置开关，满足工件夹紧松开时对油缸位置的检测。高精度编码器8 位于主轴的后方，与头架主轴同轴构成A 轴全闭环，以满足回转精度及分辨率的要求。4 2 2夹具装置工件夹具由粗定位棘齿1 2、左右V 形块1 3、圆导轨1 4、精定位块1 6、精定位导向杆1 7、顶尖油缸1 8、定位油缸1 9 等组成，如图5 所示。装工件时，操作者先将工件放在左、右V 形块上，同时棘齿卡在转子下面槽内，完成对工件的粗定位；然后定位油缸推动导向杆，带动定位片插入转子槽内，完成对工件的精定位。顶尖油缸推动夹具沿圆形导轨做直线移动，完成对工件的顶紧，再由液压卡盘对工件夹紧。对于不同规格的工件机床配有不同的夹具和连接块。4 3 液压传动系统4 3 1夹紧回路夹紧回路由卡盘油缸、单向节流阀、二位四通电磁阀、减压阀组成，如图6 所示。当电磁铁W 1 断电，液压油经减压阀、二位四通电磁阀左位、单向节流阀进入卡盘油缸右端；卡盘油缸左腔的液压油经单向节流阀、二位四通电磁阀回油箱，卡盘油缸活塞左行夹紧工件。当电磁铁Y V l 带电，液压油经减压阀、二位四通电磁穗乡裂U、K。；，一4z w，+月lMD 嘞na n dR 硼咖设计与研究阀右位、单向节流阀进入卡盘油缸左端；卡盘油缸右端液压油经单向节流阀、二位四通电磁阀回油箱，卡盘油缸活塞右行松开工件。通过调整减压阀的压力调整卡图6 赦压传动原理图盘油缸的夹紧力。4 3 2 顶紧回路尾架顶尖回路由顶尖油缸、单向节流阀、三位四通电磁阀、减压阀组成，如图6 所示。当电磁铁Y V 2、Y v 3 断电，三位四通电磁阀处于中位，顶尖油缸左右两腔液压油通油箱，顶尖油缸的活塞可处于任何位置。当电磁铁Y V 3 带电，液压油经过减压阀、三位四通电磁阀的右位、单向节流阀进入顶尖油缸左腔；顶尖油缸右腔液压油经单向节流阀、三位四通电磁阀回油箱，顶尖油缸活塞右行松开工件。当电磁铁Y V 2 带电，液压油经减压阀、三位四通电磁阀左位、单项节流阀进入顶尖油缸右腔，顶尖油缸左腔液压油经单向节流阀、三位四通电磁阀回到油箱，顶尖油缸活塞左行顶紧工件。4 3 3 定位回路定位回路由定位油缸、二位四通电磁阀、减压阀组成，如图6 所示。当电磁铁Y v 4 断电，液压油经减压阀、二位四通电磁阀左位进入定位油缸右端；定位油缸左端液压油经二位四通电磁阀回油箱，定位油缸活塞左行实现定位。当电磁铁Y v 4 带电，液压油经减压阀、二位四通电磁阀的右位进入定位油缸左端，定位油缸右端液压油经二位四通电磁阀回到油箱，定位油缸活塞右行解除定位。4 3 4平衡回路平衡回路由平衡油缸、单向阀、平衡阀组成，如图6 所示。当平衡油缸随着磨头向下移动时，平衡油缸下腔液压油的压力大于平衡阀设定压力，平衡油缸下腔的液压油经平衡阀回油箱；平衡油缸上腔液压油由油箱补充。当平衡油缸随着磨头向上运动时，液压油经过单向阀、平衡阀向平衡油缸供油，平衡油缸上腔的8 3万方数据设计与研究D e s 啪a n dR e 湖r c h液压油回油箱。通过调整平衡阀的压力调整平衡油缸下腔的压力，使其与砂轮架的自重相平衡。#3 0 0 0=1；未检满到工件重新启动M 3 0；程序返回循环启动M 2 2G 7 4；头集 轱格开T#2 0；选刀O R G S 4 X#2 4 X；定义I 件坐标ixO R G 5 4 x#2 4 Y；定义工件坐标iYO R G 5 4 X#2 4 A；定义工件坐标秉AG 9 0 G 5 4 A G 0 0 X O Y O A 0：快速移动X Y A 封加工零点羔疑芝!步M 5 3；执行自柏*1 3 目2=1I；0 3 1：I，*仃耋螺K 3 1=Il；关门气月Y V=3 1群3 0 0 0 2 21 璺喜譬譬釜蓍曲I j；j i。：i I 石：；i i 1 9 2=oM 3 07 船黼动H-搿端F；程序返回ll；惩删z 移l尾集油缸酋进阀开0 2 0=1，自进缝自嚣Z A 2=I酋进自磁月Y V 2 0=1)警瓣鼢H 兰釜里P?哆心；嚣l 黔动H!兰翌!翌r 弋?哆#3 0 0 0 q；l!l l 黪请l 丽丽石习1 2 5，oM 3 0：擞秽动H _ 逢剁茗二；程序返回ll 巴”毋7l图7 指令框图等待到位信号配5控制系统数控转子槽倒角专用磨床的控制系统主要由两部分组成：数控系统包括C N C 控制单元、P L C 可编程控制器、L C D 等离子显示器、操作面板，及驱动单元、配套电源、伺服电动机等，这部分是机床的控制与拖动的核心；整机控制及辅机装备控制电路一包括强电部分控制，砂轮、液压泵、液压阀、冷却泵、润滑及信号电路等，主要完成配电控制功能。其中，数控系统选用F U N A C 公司生产的0 i B 等成套单元，头架配套E H I D E N H A I N E R N l 8 0 编码器实现了闭环控制。为方便用户使用，特意为用户开发了成套专业软件，在一定程度上实现了高智能化加工的功能。同时，系统为用户开放，给用户提供了一种友好的开发平台，用户可灵活扩充。图7 是数控转子槽倒角专用磨床控制系统的部分指令框图。6结语数控转子槽倒角专用磨床是集机械、电子、液压、气动为一体的高技术产品。具有结构紧凑、操作简便、性能稳定、加工精度高、加工效率高等特点。经检测机床的各项性能和精度指标均达到设计要求，投入使用两年后，解决了企业转子槽口倒角加工的瓶颈问题，提高了效率，降低了成本，增强了企业的产品竞争力。数控转子槽倒角专用磨床的研制成功，使我国这类专用机床的性能提高到了国外同类机床的水平，填补了国内同类专用磨床研制的空白，为我国机床工业在压缩机转子加工领域占领了一席之地。由于机床的各项技术指标均达到国内领先水平，完全可以替代进口的同类产品。参考文献1机床设计手册编写组机床设计手册(3)北京：机械-业出版社1 9 7 9 2徐灏等机械设计手册第五卷北京：机械工业出版社1 9 9 1 3孟少农机械工艺师手册北京：机械工业出版社1 9 9 2 4F U N A C0 i B 使用手册第一作者：聂建武，男，副教授，副院长，研究方向：机械制造。(编辑吕伯诚)(收稿日期：2 0 0 7-0 2 1 2)文章编号：7 1 0 2 7如果您想发表对本文的看法。请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。书讯机床电路故障的诊断与修理定价：1 5 0 0 元本书系统全面地分析了机床电路故障产生的原因，介绍了排除故障的方法，实用性强。全书包括机床维修的方法及步骤，典型电路环节的故障诊断与修理、典型机床故障诊断与修理、数控机床的故障诊断与修理、机床电路修理质量要求等五章。来款请寄北京市朝阳区东直门外望京路4 号，邮编：1 0 0 1 0 2，机床杂志社收。8 4 固端薹、一*一啦|一|堇器黼导删一黼叱雌一一黼叱蜥一一一一一一一一毗，一一，一M一一M万方数据