文章以M224半自動內圓磨床為研究對象，采用“人機界面+PLC+交流伺服”的硬件實現方案，對磨床徑向工作臺(X軸)進行了數控化改造;采用PLC通訊控制變頻器的方案實現了對砂輪主軸的控制;并且對工件主軸、冷卻泵的原控制方案進行了改進。實際使用情況表明，改造后大大簡化了機床的結構，提高了機床的定位精度，并使機床具有了良好的操作性能。

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　　內圓磨床主要用于機械零件的內孔加工，是機械工業中的重要工藝裝備。老式內圓磨床進給大多采用液壓和機械聯合進給模式，以M224半自動內圓磨床為例，該型號磨床是幾十年前引進蘇聯技術生產的，整機結構十分復雜。八十年代按照國家淘汰高能耗電機要求，工廠對磨床電控系統進行了改造，用變頻器取代了中頻發電機組，降低了機床能耗，但機械結構改動較少并一直沿用至今。由于該磨床是計劃經濟時代的產物，而且有幾十年的生產歷史，所以國內用戶相當龐大。近幾年，很多M224磨床返廠大修，在當今機床數控化的大環境下，很多客戶對磨床提出了數控化改造要求。

　　1 方案確定

　　M224磨床是由液壓、機械、電氣聯合控制的半自動內圓磨床，具有手動、電感、塞規、定程四種測量方式，機床的所有動作靠三個電磁閥切換液壓油路實現，電控線路是典型的繼電接觸控制線路。機床的縱向工作臺由往復油缸驅動，通過行程開關、撥叉等位置的調節和控制變向實現機床的縱向往復;機床的徑向工作臺靠進給油缸驅動，進給油缸上部裝有進給變速箱，通過齒條齒輪傳遞及凸輪機構實現機床的變速進給。

　　受機床床身結構限制，縱向工作臺無法采用伺服驅動方案，因此保持原液壓驅動方案不變。機床徑向工作臺上部的進給箱里面裝配的零件多達70多個，是故障多發部位，而且進給箱結構緊湊，維修時很不方便，因此對徑向工作臺采用伺服驅動的控制方案改造。由于伺服系統具有很好的重復定位精度 ，本技術改造方案去掉了電感和塞規測量工作方式，僅保留了手動和定程(半自動)兩種工作方式。

　　2 方案實施

　　2.1 PLC、人機界面選擇

　　根據內圓磨床磨削加工的工藝特點，確定機床伺服系統脈沖當量為0.1 m。由于M224磨床最大磨削孔徑為40mm，在磨削加工時砂輪與工件之間有超過20mm的空刀量，為了不影響加工效率，設計要求PLC的脈沖輸出頻率不低于100KHz。經選擇采用了臺達EH2系列可編程序控制器，該系列PLC內置200KHz高速脈沖輸出模塊、RS485通訊接口，具有直線/圓弧插補功能，最低脈沖輸出頻率為10Hz，配合導程為5mm的滾珠絲杠，徑向工作臺(X軸)最低運動速度為0.06mm/min，最高運行速度為1200mm/min，完全滿足內圓磨床加工時的工藝要求。

　　選擇臺達A系列5.7”單色觸摸屏作為人機界面，人機界面與PLC通過RS232接口相連，通過觸摸屏可以輸入各種磨削工藝參數，可以在屏上設計觸摸按鍵以節省PLC輸入點，可以實時顯示磨床的工作狀態。

　　2.2 工件主軸控制

　　工件軸通過一臺0.55KW/1.1KW 雙速三相異步電動機驅動，改造前通過操縱面板上上的LW6-3/B093萬能轉換開關切換高低速度。由于轉換開關上有九對觸點，時間一長容易出現觸點間接觸不良故障，導致電機缺相。改造后用兩個接觸器KM2、KM3代替萬能轉換開關，在新的操縱面板上設計一個三擋位轉換開關SA1來切換高低轉速。

　　2.3 砂輪主軸控制

　　M224磨床使用一臺3.7KW 惠豐變頻器驅動電主軸作為砂輪主軸，變頻器型號為F1000-M0037T3B。改造前變頻器裝在電器柜外面，通過三線式端子控制變頻器的啟動和停止，通過變頻器面板手動調整變頻器輸出頻率。改造后重新設計了電器柜，將變頻器裝入電器柜內部，操作者不能直接接觸到變頻器面板。為了使操作者使用方便，改造后采用通訊方式控制變頻器啟動和停止 。變頻器和PLC通過RS485通訊口相連，通過人機界面輸入變頻器工作頻率，通過觸摸屏上的觸摸鍵控制變頻器的啟動和停止，在觸摸屏上可實時顯示變頻器工作電流、電壓、故障代碼等參數。

　　2.4 冷卻泵控制

　　改造前M224磨床只有一個冷卻泵，冷卻液經水閥后分為兩路，一路給砂輪主軸冷卻用，一路在磨削時冷卻工件。由于兩路共用同一個水箱，磨削產生的鐵屑混入冷卻液后，會造成砂輪主軸冷卻水路堵塞而影響砂輪主軸的正常使用。改造后，取消水閥，增加了一個冷卻泵，工件冷卻水箱與砂輪主軸冷卻水箱各自獨立，互不干擾。

　　2.5 液壓系統

　　改造前，M224磨床是靠三個電磁閥切換油路控制杠桿、修整器、行程閥、往復油缸、進給油缸等機構來實現工作臺快速進退、往復，砂輪修整，粗進給，精進給和無進給磨(包括粗光磨和精光磨)。改造后，由于徑向液壓進給系統被伺服進給系統取代，相應的取消了進給電磁閥，而且堵住了機床配流板上進給油缸所接油路。這樣處理之后，夾具液壓松緊油路受到影響而不能使用。所以，對于使用液壓夾具鎖緊工件的機床必須另外加裝一個電磁閥，控制夾具的松緊。電磁閥進油孔接在機床減壓閥之后，出油孔接工件主軸箱的進油套。

　　2.6 絕對坐標系統構成

　　改造后的電控系統以臺達DVP-32EH00T2可編程序控制器為控制核心，選用三菱MR-J2S-60A伺服驅動器、三菱HC-SFS52伺服電機構成伺服驅動系統。伺服電機編碼器上采用了17位絕對位置編碼器，分辨率達到131072脈沖/轉，具有很高的精度控制能力。只要在伺服驅動器上加裝電池，就能構成絕對坐標系統。絕對坐標系統接線圖見圖2。在系統聯機時，要將PLC與伺服驅動器的電源輸入設定為同時或伺服驅動器電源先啟動，以免絕對位置數據傳輸異常導致伺服報警。

　　3 結束語

　　經過數控化改造后的M224半自動內圓磨床， 軸重復定位精度在2 m以內，加工出的產品5O件內的尺寸分散在15m以內。經湖北三環汽車方向機有限公司等單位使用，改造后機床性能穩定，操作方便，改造達到了預期效果。

　　參考文獻：

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