LANDIS 6400 曲軸頸磨床分析

機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)域與四視圖

復(fù)習(xí)機(jī)電一體化案例分析

曲軸連桿頸隨動(dòng)磨削磨床

問題的提出曲軸的特點(diǎn)和磨削方法問題的提出1.1傳統(tǒng)曲軸磨削方法由兩道工序完成:在曲軸主軸頸磨床上，以中心孔定位，以主軸頸中心連線為回轉(zhuǎn)中心加工主軸頸；在曲軸連桿頸磨床上，以調(diào)偏心法磨削連桿頸，即以主軸頸定位，以被加工連桿頸的軸心線為回轉(zhuǎn)中心加工連桿頸。曲軸連桿頸磨床因涉及到偏心裝夾、曲拐分度，以及由此導(dǎo)致的離心慣性力的平衡，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。1.2數(shù)控隨動(dòng)曲軸磨削方法隨動(dòng)磨削是近年來隨著磨削技術(shù)和數(shù)控技術(shù)等的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型工序集中式的曲軸類零件的磨削加工方法。以曲軸主軸頸中心連線為回轉(zhuǎn)中心，一次裝夾依次磨出所有連桿頸。磨削連桿軸頸的實(shí)現(xiàn)方式為：通過采用數(shù)控技術(shù)，根據(jù)建立的連桿軸頸磨削運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，控制砂輪的橫向進(jìn)給(X軸)和工件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(C軸)聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)，以保證連桿頸的磨削精度和表面質(zhì)量。錄像磨削實(shí)時(shí)錄像（1）磨削實(shí)時(shí)錄像（2）曲軸連桿軸頸隨動(dòng)磨削示意圖曲軸連桿頸隨動(dòng)磨削示意圖隨動(dòng)磨削切點(diǎn)示意圖曲軸連桿頸磨床功能分析圖各軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)磨削功能：這是整臺機(jī)床最主要的功能，即通過伺服系統(tǒng)的控制，使得各軸能夠按照預(yù)先設(shè)定的程序完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，以達(dá)到將軸頸磨削成形的目的。同時(shí)還要保證各軸運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給量、位置、速度等精確、可靠的受控，保證加工質(zhì)量。曲軸定位夾緊功能：能將曲軸正確的定位和夾緊，且在磨削過程中夾持可靠，使得砂輪能夠正確的對軸頸進(jìn)行磨削。工件測量功能：在磨削工程中實(shí)時(shí)對工件的尺寸進(jìn)行測量，并將測量結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)，控制磨削的進(jìn)程，以達(dá)到對曲軸尺寸的精確控制，并使每次加工的尺寸保持一致的目的。砂輪修整功能：在砂輪進(jìn)行一定數(shù)量的磨削后，必須對砂輪進(jìn)行修整，以保持砂輪的銳度，從而保證加工的質(zhì)量。同時(shí)在完成砂輪修整后，需要將修整量反饋給控制系統(tǒng)，以補(bǔ)償修整量，確保加工尺寸。輔助功能：包括曲軸型號的判別，冷卻液的過濾循環(huán)，機(jī)床各個(gè)部件的潤滑，機(jī)床與操作者之間的信息交互以及機(jī)床的安全防護(hù)等。曲軸連桿頸磨床功能分析圖曲軸連桿頸磨床功能分析形態(tài)學(xué)矩陣圖

分元素可能的解法砂輪材質(zhì)CBN燒結(jié)砂輪工件裝夾形式雙卡盤+頂尖控制形式PC+CNCNC+PC

伺服形式交流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)各旋轉(zhuǎn)軸支承形式靜壓軸承滑動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承各旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)形式內(nèi)置電機(jī)外置電機(jī)+聯(lián)軸器外置電機(jī)+同步帶各軸滑臺形式靜壓導(dǎo)軌直線導(dǎo)軌普通導(dǎo)軌各軸滑臺驅(qū)動(dòng)形式直線電機(jī)靜壓絲杠滾珠絲杠各軸位置反饋形式光柵尺編碼器旋轉(zhuǎn)變壓器磨削尺寸控制方式在線測量控制定程磨削+離線測量安全控制門安全開關(guān)光幕人機(jī)交互觸摸屏指示燈信息流功能遠(yuǎn)程控制故障自診斷維修指示曲軸連桿頸磨床的結(jié)構(gòu)視圖曲軸連桿頸磨床各軸布置圖曲軸連桿頸磨床的結(jié)構(gòu)視圖1－床身2－砂輪架滑臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)3－砂輪架

4－砂輪主軸5－砂輪平衡器6－砂輪修整器7－工作臺面8－左頭架9－右頭架10－左卡盤11－右卡盤12－量儀13－工件類型傳感器14－火花擋板15－量儀主機(jī)16－液壓站17－冷卻液過濾裝置18－冷卻液回水箱19－煙霧收集器20－維修通道21－電氣柜22－控制面板總體布局圖

曲軸連桿頸磨床的結(jié)構(gòu)視圖1－Z軸導(dǎo)軌2－工作臺面3－冷卻液回水槽4－回油槽3124是保證機(jī)床加工精度的重要基礎(chǔ)。由鑄鐵鑄造而成，在床身上加工有工作臺面和Z軸導(dǎo)軌，分別用以放置左右頭架和X軸滑臺。床身上還設(shè)置有靜壓液壓油回油槽，冷卻液回水槽等輔助部件。床身曲軸連桿頸磨床結(jié)構(gòu)分析--砂輪架砂輪架用來帶動(dòng)砂輪的前進(jìn)和后退，從而完成磨削的過程。它安裝在床身上的Z軸靜壓導(dǎo)軌上，在砂輪架上安裝有砂輪、砂輪主軸、主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及量儀。在砂輪架上加工有X軸靜壓導(dǎo)軌，砂輪架由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以沿X軸靜壓導(dǎo)軌進(jìn)行X軸方向的進(jìn)給。在砂輪架側(cè)面裝有直線絕對位置編碼器，為X軸的閉環(huán)伺服系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的位置反饋。從而使得X軸的進(jìn)給量、位置、速度得到可靠及精確的控制。砂輪架及其各部件的結(jié)構(gòu)1－前防護(hù)罩2－砂輪3－砂輪主軸4－砂輪防護(hù)罩5－砂輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)6－電機(jī)接線7－直線電機(jī)安裝螺釘

8－砂輪架加強(qiáng)筋9－砂輪架體10－后罩殼11－后防護(hù)罩12－X軸靜壓導(dǎo)軌13－直線編碼器

曲軸連桿頸磨床分析—砂輪主軸砂輪主軸平行于工件安裝在砂輪架上，在主軸的一端安裝有砂輪，用以磨削工件。另一端則安裝有內(nèi)置式主軸電機(jī)，用以驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。砂輪主軸的支承采用靜壓軸承，確保兩者的精確配合間隙。采用靜壓軸承作為主軸支承可以可靠的保證主軸的回轉(zhuǎn)精度，減小振動(dòng)，確保磨削表面的質(zhì)量。同時(shí)也由于靜壓軸承中軸與銅套在旋轉(zhuǎn)中不接觸的特點(diǎn)，使得靜壓主軸具有較長的使用壽命和可靠性。砂輪采用CBN砂輪，即立方氮化硼砂輪。CBN砂輪的特點(diǎn)是硬度高、導(dǎo)熱率高、鋒利度高。在磨削過程中具有耐熱、耐油、耐水、耐酸堿、自銳性好、可修整、修整間隔長，有均勻的氣孔率，便于冷卻、排屑等優(yōu)點(diǎn)。磨削工件效率高，且質(zhì)量穩(wěn)定。曲軸連桿頸磨床砂輪主軸結(jié)構(gòu)圖1－砂輪平衡器2－砂輪側(cè)靜壓軸承3－砂輪主軸4－止推環(huán)5－電機(jī)側(cè)靜壓軸承6－冷卻管路7－編碼器8－平衡器插頭9－主軸電機(jī)定子10－主軸電機(jī)轉(zhuǎn)子11－砂輪主軸體

Z軸驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

1－床身2－彈性聯(lián)軸器3－電機(jī)編碼器4－伺服電機(jī)5－電機(jī)安裝板6－軸承鎖緊螺母7－皮老虎8－后軸承座9－后軸承10－罩殼11－靜壓導(dǎo)軌12－砂輪架導(dǎo)軌體13－前防撞緩沖墊14－前軸承15－蓋板16－前軸承座17－絲杠螺母安裝孔18－絲杠螺母19－滾珠絲杠20－后防撞緩沖墊

砂輪架沿Z軸方向的進(jìn)給，由伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)砂輪架在Z軸靜壓導(dǎo)軌上進(jìn)行移動(dòng)。

曲軸連桿頸磨床結(jié)構(gòu)分析—卡盤

卡盤的作用是將曲軸正確的定位和夾緊，且在磨削過程中夾持可靠，使得砂輪能夠正確的對軸頸進(jìn)行磨削?？ūP安裝在頭尾架上，由頭尾架后部的旋轉(zhuǎn)分配器提供的液壓有來對工件進(jìn)行定位和夾緊。曲軸連桿頸磨床床身結(jié)構(gòu)圖1－工件定位托架2－軸向定位塊3－軸向定位塊到位傳感器4－工件夾緊塊5－工件夾緊傳感器6－夾緊塊驅(qū)動(dòng)銷7－卡盤體8－工件探測傳感器曲軸連桿頸磨床的結(jié)構(gòu)視圖曲軸連桿頸磨床結(jié)構(gòu)分析—頭尾架頭尾架的作用是支承工件，并使工件按照一定的速度旋轉(zhuǎn)，從而完成磨削。頭尾架安裝在工作臺面上，頭尾架軸的支承采用了靜壓軸承，從而確保了工件旋轉(zhuǎn)時(shí)的回轉(zhuǎn)精度。頭尾架前部安裝有液壓卡盤，用以定位及夾持工件，其后部則裝有內(nèi)置式電機(jī)，用以驅(qū)動(dòng)頭尾架旋轉(zhuǎn)。在電機(jī)外側(cè)安裝有編碼器和液壓旋轉(zhuǎn)分配器，分別用于為頭尾架伺服系統(tǒng)提供位置反饋和為卡盤的夾緊放松提供液壓油。曲軸連桿頸磨床頭尾架結(jié)構(gòu)圖1－液壓旋轉(zhuǎn)分配器2－分配器安裝底座3－鎖緊螺母4－編碼器5－轉(zhuǎn)子定位圈6－電機(jī)轉(zhuǎn)子7－電機(jī)定子8－止推環(huán)9－節(jié)流閥10－后靜壓軸承11－軸12－配油管路13－前靜壓軸承14－密封15－軸端配油口16－殼體17－靜壓油過濾器砂輪修整器結(jié)構(gòu)圖1－金剛滾輪2－金剛滾輪安裝螺釘3－修整器殼體4－修整器電機(jī)工件量儀結(jié)構(gòu)圖1－導(dǎo)向架2－觸頭3－鎖緊螺釘4－調(diào)節(jié)螺釘5－測頭6－軸向調(diào)整塊7－轉(zhuǎn)動(dòng)銷

8－徑向調(diào)節(jié)螺釘9－張緊彈簧10－臂11－量儀位置傳感器12－平衡彈簧13－彈簧調(diào)節(jié)螺釘14－支撐臂15－砂輪架16－中心調(diào)節(jié)螺釘17－油缸18－工件19－V型塊Marposs的P7系列量儀

曲軸連桿頸磨床控制系統(tǒng)構(gòu)成圖1－UPS2－工控機(jī)3－SERCOS總線24V電源4－SERCOS總線5－驅(qū)動(dòng)器6－直線編碼器7－伺服電機(jī)8－直線電機(jī)9－編碼器10－主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)11－接近開關(guān)12限位開關(guān)13－手搖脈沖發(fā)射器14－電磁閥15－交流電源16－鍵盤17－顯示觸摸屏18－INTERBUS總線機(jī)電一體化基本單元C1D1M1X軸伺服單元C2D2M2Z軸伺服單元C3D3M3C軸伺服單元（頭架）C4D4M4C1軸伺服單元（尾架）C5D5M5S軸伺服單元（砂輪軸）CnDnMn其他控制單元

曲軸連桿頸磨床的信息視圖如下圖所示：1，控制系統(tǒng)的核心是一臺SiemensPC870系列工控機(jī)，其內(nèi)建5個(gè)PCI插槽，用以安裝SERCOS和INTERBUS接口卡。2，采用LANDIS公司的CNC6400數(shù)控操作系統(tǒng)控制，可以編制系統(tǒng)加工程序，并計(jì)算各軸的位置，對機(jī)床的各軸運(yùn)動(dòng)、PLC、I/O等進(jìn)行綜合控制。3，各軸的伺服運(yùn)動(dòng)通過SERCOS總線對各個(gè)驅(qū)動(dòng)器實(shí)施控制。SERCOS（SerialRealtimeCommunicationSpecification）是一種專門用于在工業(yè)機(jī)械電氣設(shè)備的控制單元與數(shù)字伺服裝置實(shí)現(xiàn)串行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)?？刂葡到y(tǒng)通過SERCOS接口卡和通訊光纜對各個(gè)伺服軸進(jìn)行精確的控制。4，各軸的伺服驅(qū)動(dòng)器采用了Rexroth的驅(qū)動(dòng)器和交流伺服電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)各軸的旋轉(zhuǎn)和聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。5，系統(tǒng)對PLC和各個(gè)I/O點(diǎn)及對砂輪主軸旋轉(zhuǎn)的控制是通過INFERBUS總線來實(shí)現(xiàn)的。曲軸連桿頸磨床控制系統(tǒng)組成曲軸連桿頸磨床控制系統(tǒng)框圖CRT鍵盤鼠標(biāo)主機(jī)板硬盤網(wǎng)卡SERCOS接口卡INTELBUS接口卡伺服驅(qū)動(dòng)X軸伺服電機(jī)

光柵尺PC總線工控一體機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)Z軸伺服電機(jī)