内滚道恒速磨削控制系统的实现:磨削加工的四大特点
摘要：在我国轴承行业，内滚道磨削存在一个固有缺陷，即：在产品加工过程中，随着砂轮磨损，砂轮直径不断减小，砂轮线速度不断降低。当砂轮磨损到一定程度时，便会发生产品加工困难，甚至磨不动的现象，这时因为产品表面粗糙度差，影响到产品质量，砂轮得不到充分利用，生产效率也无法进一步提高。针对上述问题，采用交流变频调速技术以及PLC控制技术对原有机床砂轮电机控制系统进行了改造，实现了内滚道恒速磨削。
关键词：恒速磨削；变频调速；可编程逻辑控制器
1 引言
市场的竞争在一定程度上可以说是产品质量的竞争，而当前的轴承行业竞争日趋激烈，产品质量已经成为每一个生产厂家重点关注的问题。在汽车圆锥轴承中，内套圈的质量直接影响轴承的噪音大小以及使用寿命，甚至会威胁车辆的行驶安全。因此改善产品质量，提高生产效率、节约成本成为亟待解决的问题。
在传统的圆锥轴承内套圈生产中，随着砂轮磨损，砂轮直径不断减小，导致砂轮线速度也不断降低。当砂轮磨损到一定程度，就会发生产品加工困难，使内滚道面上产生振纹，甚至产生烧伤，这样的产品最后只能报废。与此同时，砂轮也得不到充分利用，生产成本无法降低，生产效率也不能进一步提高。
如果能够在砂轮磨损时，保持砂轮线速度不变或者基本恒定，那么就需要对原有砂轮电机控制系统进行适当的改造，这样才有可能克服原有产品加工中存在的问题。
2 恒速磨削原理
砂轮做匀速圆周运动时，其线速度为：Vl=nπd；其中：Vl――砂轮线速度（米/秒）；n――砂轮转速（转/秒）；d――砂轮直径（米）。从上述可知，当砂轮直径d减小时，砂轮线速度逐步降低。因此，如果要Vl保持基本恒定不变，则只需要nd恒定即可，所以当d减小时，可通过适当提高转速n来保证nd为常数。
3 技术改造方案
在实际生产中，以内滚道机床3MZ2120为例，当砂轮线速度保持在35m/s左右时，生产效率和产品质量最佳，此时砂轮电机转速为1440r/min。
在对原有系统进行改造的时候，需要适当改变砂轮电机与砂轮之间的传动比，以满足变频器以30Hz频率输出时，砂轮线速度为35m/s。这时如果砂轮直径d减小，可以通过调节变频器的输出频率来保持砂轮线速度恒定。具体设计如下：
（1）由可编程控制器（PLC）承担控制任务。
这里选用日本三菱公司的FX20系列可编程逻辑控制器[1]，该控制器技术成熟、可靠性高，其输入输出点完全满足技术改造的需要，具有较高的性价比。
（2）合理设置变频器参数，选择由变频器端子控制的多频段运行方式。
交流变频器选用的是成都佳灵公司的产品[2]，在性能和质量上也均能满足生产需要。为了保证砂轮线速度降低时，能够给予适当的速度补偿，也为了使调速部分的控制简单，需要将变频器设置为多频段运行方式。这样就可以保证砂轮磨损在一定的范围内时使用一种速度；当砂轮继续磨损时，将变频器频率略微提升，从而达到基本保持砂轮线速度基本恒定。多速度运行如图1所示。
（3）砂轮磨损检测。
在磨削过程中，每一个工件加工结束后机床会自动补偿，故可在床身处安装磁敏传感元件。磁敏传感元件有利于在恶劣的生产环境使用，因此可通过其采样砂轮磨损值，运行过程中可将信号反馈给可编程控制器，通过PLC控制变频器输出频率，从而控制砂轮电机的转速。
4 砂轮电机控制系统设计
（1）主回路如图2所示，其中RST为复位停止运行端，FR为启动控制端，2DF、3DF与COM的不同接通方式，可以选择不同输出频率，即可以使变频器运行在多频段方式，M为砂轮电机。
（2）控制系统如图3所示，X00、X01分别为砂轮启动、停止按钮输入端；X02～X05分别是砂轮磨损检测输入端。
（3）程序流程如图4所示，机床总电源打开后，按下SB1按钮，此时变频器的FR端子与COM端子接通，变频器以起始频率运行；在磨削过程中，每加工一个工件，机床会自动补偿，因此当砂轮磨损到一定程度时，会被X03检测到，这时PLC会自动选择输出频率1，以此类推，直到砂轮磨损至无法继续使用为止。
5 结束语
把变频技术与PLC技术结合起来，通过对原有机床砂轮电机控制系统的技术改造，克服了在磨削过程中由于砂轮线速度不断降低而产生的对产品质量、加工效率等方面不利的影响，在生产车间的试运行过程中取得了良好的效果，不仅产品表面粗糙度得到有效的保证，而且由于更换砂轮的周期延长，一定程度上减轻了操作工人的劳动强度，生产效率也有了进一步的提高。
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参考文献
[1]俞国亮.PLC原理与应用(三菱FX系列)[M].北京：清华大学出版社，2005.
[2]JP6C-T型全数字式电力变频器手册.
作者简介：胡晗（1970-），硕士研究生，原襄阳汽车轴承股份有限公司电气工程师，现为襄樊学院物电系讲师，长期从事机床电气自动化方面的研究；刘军，湖北襄樊供水总公司工程师。