【LYNSON V330-17精密軋輥磨床結(jié)構(gòu)功能及工藝編程分析案例5700字】

參考文獻(xiàn)LYNSONV330-17精密軋輥磨床結(jié)構(gòu)功能及工藝編程分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u10362LYNSONV330-17精密軋輥磨床結(jié)構(gòu)功能及工藝編程分析案例 1147151.1LYNSONV330-17軋輥磨床結(jié)構(gòu)特點分析 1311281.1.1機械部分 2192141.1.2電氣部分 981181.2LYNSONV330-17軋輥磨床功能分析 1028991.1.1加工范圍 10321761.1.2加工精度 10289711.1.3操作主界面 11144531.1.4系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置 11146131.1.5程序選擇和編輯 12165541.1.6砂輪參數(shù)設(shè)置 1299171.2.7輥形控制 13293081.3LYNSONV330-17軋輥磨床工藝程序編程原理分析 14307261.3.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)定義 14176731.3.2工藝編程的概念及原理 15156931.3.3工藝編程基本參數(shù)設(shè)置 1635901.3.4編程實例 191.1LYNSONV330-17軋輥磨床結(jié)構(gòu)特點分析LYNSONV330-17磨床（如圖1.1）是德國安德里茨公司V系列的一種，是超精密的數(shù)控軋輥磨床，其結(jié)構(gòu)組成（如圖1.2）主要包含：（1）床身（2）砂輪主軸箱（3）頭架（4）尾座（5）托架（6）Z/X軸導(dǎo)軌（7）測量尺（8）磨削液過濾單元（9）液壓及其冷卻單元（10）氣動單元（11）電控單元（12）操作面板。圖1.1LYNSONV330-17精密軋輥磨床圖1.2磨床的設(shè)備組成1.1.1機械部分（1）床身LYNSONV330-17軋輥磨床床身為聚合物混凝土床身（HYDROPL），如圖1.3所示。與傳統(tǒng)的鑄鐵機床床身相比（如表1.1），聚合物混凝土床身具有更好的阻尼質(zhì)量以及更好的熱穩(wěn)定性能，床身剛性大。因此，LYNSONV330-17軋輥磨床沒有高成本的彈性減震地基，而是采用了一種空氣阻尼減震器，直接安裝在混凝土地面上。圖1.3床身表1.1各種機床床身材料的特征值特征值單位聚合物混凝土灰鑄鐵GG20鋼St37密度kg/cm31.1-1.47.157.85彈性模量kN/mm230-45(壓縮試驗)88-113（拉伸試驗）210（拉伸試驗）斷裂伸長率（拉伸試驗）%0.2-0.10.8-0.325泊松常數(shù)0.2-0.30.260.28阻尼性0.02-0.030.0030.002熱膨脹系數(shù)10-6/K-112-201012熱傳導(dǎo)系數(shù)W/(mK)1.3-1.05050熱容量kJ/(kgK)0.9-1.10.50.45（2）隔振裝置軋輥磨削是屬于高精密的機械加工，為了有效防止來自于磨床外部的振動對磨削精度產(chǎn)生不利影響，軋輥磨床的安裝需要彈性減震基礎(chǔ)。傳統(tǒng)軋輥磨床一般采用彈簧隔震器，如圖1.4所示，這種彈簧地基制造成本高，不經(jīng)濟。圖1.4傳統(tǒng)軋輥磨床彈簧基礎(chǔ)原理圖LYNSONV330-17軋輥磨床由于其床身具有良好的阻尼性、熱穩(wěn)定性和剛性，可以運用空氣隔振器直接安裝在普通混凝土地基上（如圖1.5）。圖1.5LYNSONV330-17軋輥磨床隔振器1.在地面和磨床之間形成一個空氣彈簧LYNSONV330-17軋輥磨床空氣隔振器為鑄鋁體，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1.6所示，氣體存儲在薄壁、柔性及抗壓性好的氣囊內(nèi)。氣囊被分為兩個腔體，負(fù)載腔和阻尼腔，通過氣管連接，調(diào)節(jié)閥門，從外部可以很容易地改變阻尼。由于氣體通過節(jié)流閥時產(chǎn)生的摩擦，可產(chǎn)生高達(dá)20%的阻尼。安全銷用來保護(hù)氣囊不因過渡膨脹而損壞。相比傳統(tǒng)的彈簧基礎(chǔ)，空氣隔振器能夠通過調(diào)整節(jié)流閥實現(xiàn)自主控制，并且通過位置傳感器，可以克服因機床重心的變化而導(dǎo)致機床傾斜的問題。圖1.6空氣隔震器內(nèi)部原理圖（3）砂輪架砂輪架主要實現(xiàn)砂輪的徑向進(jìn)給、磨削橫移速度、磨削線速度。傳統(tǒng)軋輥磨床主要以工件的橫移來控制磨削速度，通常設(shè)備占地空間較大。LYNSONV330-17軋輥磨床，軋輥通過頂尖孔由頭架和尾座頂尖頂緊，頭架撥盤通過撥頭帶動軋輥轉(zhuǎn)動，通過砂輪架帶動砂輪橫移完成對整個輥面的磨削，如圖1.7所示。相比傳統(tǒng)軋輥磨床，LYNSONV330-17軋輥磨床結(jié)構(gòu)更緊湊，可以實現(xiàn)更多尺寸范圍內(nèi)的軋輥磨削。圖1.7砂輪主軸架1.砂輪頭架1.皮帶傳動3.砂輪頭架X軸行走拖鏈4.砂輪架Z軸行走私服電機5.砂輪架Z軸行走拖鏈6.Z軸導(dǎo)軌7.滾珠絲杠8.X軸9.Z軸10.在線測量尺11.砂輪LYNSONV330-17軋輥磨床砂輪磨削主軸采用動靜壓軸承（即同時在流體靜力潤滑和流體動力潤滑條件下工作的滑動軸承，利用靜壓原理克服動壓軸承的主軸與軸瓦接觸磨損的問題，又運用動壓原理克服了靜壓軸承的主軸漂移、油膜剛性不足的缺陷），軸承利用油壓產(chǎn)生支撐力，可以使主軸在受力時與軸承無接觸磨損，從而實現(xiàn)高精度、高剛度、高熱穩(wěn)定性、良好的抗振性以及無極調(diào)速，磨削的最大速度不再受設(shè)備限制。在更換主軸皮帶輪和砂輪時，一定要在液壓站工作狀態(tài)下進(jìn)行，因為主軸靜壓油浮起可以有效避免主軸和動靜壓軸承受到損傷。動靜壓軸承由于是非剛性接觸，為了提高磨削精度，采用迷宮式密封。迷宮式密封的特點是對液體密封效果較好，但對氣體密封性能較差。在實際磨削過程中，磨削產(chǎn)生的粉塵和霧化的磨削液彌漫在主軸周圍的空氣中，隨著空氣的流動進(jìn)入到主軸腔內(nèi)，會使主軸銹蝕，破壞主軸穩(wěn)定性。LYNSONV330-17軋輥磨床采用壓縮空氣吹掃裝置，在主軸腔內(nèi)由干凈的帶壓空氣持續(xù)不斷地進(jìn)行吹掃，有效防止粉塵和霧化的磨削液進(jìn)入主軸內(nèi)。砂輪架的行走由伺服馬達(dá)與滾珠絲杠直聯(lián)驅(qū)動，滾珠絲杠支撐方式為左右兩端固定，確保了絲杠的高精度和高剛度。（4）尾座在軋輥磨削過程中，為了約束工件軸向竄動，采用磨床尾座的伸縮頂尖頂住軋輥頂尖孔，將軋輥沿軸向固定在頭架和尾座之間。傳統(tǒng)軋輥磨床一般采用手動調(diào)整尾座頂緊軋輥，頂緊力的大小依靠操作者經(jīng)驗而定。LYNSONV330-17軋輥磨床尾座為全自動數(shù)控軸、高精密導(dǎo)軌傳動，尾座頂尖采用內(nèi)置軸向彈性裝置，通過壓縮內(nèi)置彈簧包提供頂緊力。這種裝置的好處是在每次頂緊軋輥時，錐度偏差保持在最低限度，且頂緊和卸載時間很短。尾座頂緊力的設(shè)定根據(jù)軋輥重量來定，如圖1.8所示，其線性關(guān)系如下：接觸角度60°m=0.285F(1.1)接觸角度75°m=0.225F(1.2)接觸角度90°m=0.17F(1.3)其中：m—軋輥重量（kg）；F—尾座頂緊力（N）。LYNSONV330-17軋輥磨床尾座絲杠由自動注油裝置提供持久潤滑，如圖1.9所示，自動注油器中電池倉里的氣體電池通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生出氣體，氣體越多壓力就越大，壓力推動活塞，使注油器里的潤滑劑連續(xù)不斷的被壓出注入到絲杠，直到潤滑劑用完。自動注油器的注油頻率，由注油器的容量、設(shè)定的注油周期和運行的環(huán)境溫度來決定。相比傳統(tǒng)軋輥磨床的手動潤滑，自動注油裝置不僅節(jié)省了人力，管理方便，而且通過定時定量的精準(zhǔn)潤滑，能夠保證絲杠每天都處于良好的潤滑狀態(tài)。圖1.8軋輥重量/尾座頂緊力線性圖圖1.9尾座自動注油器（5）托架托架（如圖1.10）由兩個氣缸組成，在氣缸末端裝有錫青銅塊，直接接觸軋輥表面，易磨損，需循環(huán)更換。托架對工件的輔助推力由操作系統(tǒng)控制。氣缸行程為30mm，可手動調(diào)整氣缸的位置。圖1.10托架1.托架在磨床上的位置1.吊環(huán)3.伸縮氣缸及托架銅塊（接觸輥面，易損件）4.氣缸鎖緊手柄5.電氣、壓縮空氣連接口6.氣缸定位桿（6）在線測量裝置傳統(tǒng)的手工檢測效率低，精度難以測量正確。LYNSONV330-17精密軋輥磨床測量系統(tǒng)為三點式在線測量，測量尺（如圖1.11）安裝在磨頭部位，結(jié)構(gòu)小巧，測量精度達(dá)±0.002mm。在磨削過程中，控制單元通過測量尺在線測得的輥徑值，計算出輥形曲線和磨削量，以此來控制磨削進(jìn)程。圖1.11測量裝置1．三點測量爪1.1.2電氣部分（1）控制系統(tǒng)西門子SINUMERIK840D控制系統(tǒng)，硬件由CNC和PLC組成，如圖1.12所示。圖1.12控制系統(tǒng)硬件1.操作面板1.SIMATICSTEP7-300I/O單元3.SIMODRIVE611D和SINUMERIK840D（2）應(yīng)用軟件人機界面系統(tǒng)由SINUMERIK軟件工具設(shè)計，構(gòu)建程序時不需要NC代碼，只需在對程序塊對話框內(nèi)輸入?yún)?shù)，可存儲1000多個磨削程序。（3）砂輪自動平衡系統(tǒng)LYNSONV330-17軋輥磨床裝配有VM25自動動平衡系統(tǒng)，如圖1.13所示，平衡塊內(nèi)裝有兩個可移動的配重塊，通過改變配重塊的位置來達(dá)到調(diào)整砂輪重心的目的，最終使砂輪運轉(zhuǎn)平衡。圖1.13砂輪平衡頭(安裝在砂輪主軸末端的法蘭盤上)砂輪安裝前無需靜平衡，安裝完成后啟動砂輪，控制單元接收從砂輪主軸箱拾音傳感器發(fā)出的砂輪不平衡比例信息，如圖1.14，從而計算出動平衡頭內(nèi)置補償配重塊的合適位置，直到砂輪完全平衡。圖1.14砂輪動平衡系統(tǒng)1.2LYNSONV330-17軋輥磨床功能分析1.1.1加工范圍LYNSONV330-17軋輥磨床磨削最大輥徑為450mm(無托架及測量尺)，最小輥徑為50mm；最大軋輥長度為3000mm，最大加工重量為1500kg，具有加工各種不同輥形曲線的能力，包括圓柱形、錐形、凹形、凸形以及經(jīng)驗曲線等。軋輥最大轉(zhuǎn)速為300r/min，砂輪主軸最大轉(zhuǎn)速為2000r/min，砂輪最大橫移速度為10000mm/min。1.1.2加工精度磨床的設(shè)備精度是保證軋輥加工精度的前提，LYNSONV330-17軋輥磨床精度如表1.2所示。表1.2LYNSONV330-17軋輥磨床加工精度/mm圓度同軸度母線直線度（平輥）錐度（半徑方向）輥形精度0.0010.00150.0010.0010.00151.1.3操作主界面LYNSONV330-17軋輥磨床所有功能都是在操作主界面（如圖1.15）實現(xiàn)的，包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、磨削程序選擇和編輯、砂輪參數(shù)設(shè)置、輥形控制、砂輪修整等。圖1.15操作主界面1.1.4系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置在更換金剛石、砂輪或者測量尺以后，必須要對磨床控制系統(tǒng)重新進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，使系統(tǒng)獲得一個正確的參考點，從而確保磨床運轉(zhuǎn)正常。從主界面進(jìn)入到系統(tǒng)設(shè)置界面，如圖1.16所示，可以對砂輪修整器（金剛石）、軋輥磨削、測量系統(tǒng)及測量尺進(jìn)行設(shè)置。圖1.16可以進(jìn)行標(biāo)定的項目1.1.5程序選擇和編輯在程序清單界面，如圖1.17，選定將要進(jìn)行編輯的程序，或者重新建立一個程序進(jìn)行編輯。圖1.17程序清單1.當(dāng)前選定的程序1.之前選定的程序1.1.6砂輪參數(shù)設(shè)置在砂輪參數(shù)設(shè)置界面，首先進(jìn)入到砂輪數(shù)據(jù)庫內(nèi)，如圖1.18所示，選定需要的砂輪型號，或者重新建立新的砂輪數(shù)據(jù)（砂輪型號、最大直徑、最小直徑、寬度及極限切削速度等）再選定。選定砂輪后，再設(shè)定砂輪的切削力（const.cuttingforce）。圖1.18砂輪參數(shù)設(shè)置界面1.2.7輥形控制從主界面進(jìn)入到輥形補償界面，如圖1.19,通過改變輥形凸度和錐度的補償值，來實現(xiàn)磨削過程中輥形的自動控制，其原理如圖1.20所示。圖1.19輥形補償界面錐度錐度增加/減小錐度補償值錐度補償值不變在線測量尺測量輥面多點位置直徑系統(tǒng)計算輥形偏差凸度增加/減小凸度補償值凸度補償值不變超差不超差不超差超差圖1.20輥形自動補償流程圖1.3LYNSONV330-17軋輥磨床工藝程序編程原理分析1.3.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)定義在介紹LYNSONV330-17軋輥磨床編程方法之前，有必要先了解該磨床基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的設(shè)置。磨床坐標(biāo)系統(tǒng)：沿床身軸的方向為Z軸，與之成直角的軸（磨頭）為X軸，如圖1.21。圖1.21LYNSONV330-17軋輥磨床坐標(biāo)方向磨床Z軸零位是砂輪右法蘭與工作頭架法蘭在同一直線上的位置，如圖1.22所示。圖1.22Z軸零位X軸零位是砂輪表面與工件中心線相交的位置，X值為砂輪表面到工件中心線距離的兩倍，如圖1.23所示。圖1.23X軸零位尾座零位是尾座法蘭與工作頭架法蘭相接觸的理論位置，即Z軸零位，如圖1.24所示。圖1.24尾座坐標(biāo)位置1.3.2工藝編程的概念及原理工藝編程是數(shù)控加工最重要的環(huán)節(jié)，它的主要任務(wù)是根據(jù)軋輥工藝要求，合理編制工藝工序，設(shè)置加工過程的工藝參數(shù)等。工藝編程的主要內(nèi)容：分析加工要求并進(jìn)行工藝設(shè)計，以確定加工方案，選擇合適的磨床、砂輪、夾具，確定合理的切削軌跡及切削量等；建立工件的幾何模型，計算加工過程中刀具相對于工件的運動軌跡；按照數(shù)控系統(tǒng)可接受的程序格式，生成軋輥加工程序，然后對其進(jìn)行驗證和修改，直到合格的工藝程序[9]40。工藝編程是以變量作為數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，變量在程序編輯過程中相當(dāng)于替代物的角色，已經(jīng)在程序中被賦值的變量，在后續(xù)過程中仍可被重新賦值，覆蓋原來的內(nèi)容，利用控制系統(tǒng)對變量值進(jìn)行計算以及變量可以重新被賦值的特性，使變量隨程序的循環(huán)自動增加并計算，實現(xiàn)加工過程的自動循環(huán)[9]89。1.3.3工藝編程基本參數(shù)設(shè)置在介紹LYNSONV330-17軋輥磨床工藝編程方法之前，有必要先了解該磨床的基本參數(shù)設(shè)置。基本參數(shù)設(shè)置主要介紹LYNSONV330-17軋輥磨床各軸及參考點的設(shè)置原則和特點，作為工藝編程前的基礎(chǔ)知識，可以概括為方向和參考點。磨削基準(zhǔn)設(shè)置在前面的內(nèi)容中已經(jīng)介紹過，X軸零位是砂輪表面與工件中心線相交的位置，X值為砂輪表面到工件中心線距離的兩倍。按照圖1.25對話框中的步驟進(jìn)行設(shè)置，輸入準(zhǔn)確的軋輥直徑就相當(dāng)于給定了砂輪的X坐標(biāo)值，砂輪的X值是后續(xù)參數(shù)設(shè)定的基準(zhǔn)，也是磨削過程中砂輪自動進(jìn)給量的依據(jù)。同時，系統(tǒng)會根據(jù)砂輪的X值計算出砂輪的實際直徑，砂輪直徑值會在磨削過程中不斷更新。圖1.25磨削基準(zhǔn)設(shè)置對話框砂輪修整器（金剛石）X軸位置設(shè)定在做完前面的設(shè)置后，就可以依據(jù)砂輪的X值確定金剛石的坐標(biāo)值，如圖1.26所示。圖1.26金剛石X位置（3）金剛石Z軸位置設(shè)定如圖1.27所示，砂輪右側(cè)邊緣與金剛石中心線重合，即確定了金剛石Z軸的位置。圖1.27金剛石Z軸位置（4）測量尺標(biāo)定在軋輥磨削過程中，測量尺會隨著砂輪頭架的橫移時刻監(jiān)測著軋輥的輥形，并以此作為輥形補償值調(diào)整的依據(jù)，所以測量尺的精準(zhǔn)度對于輥形控制非常重要，必須對測量進(jìn)行標(biāo)定。圖1.28測量尺標(biāo)定對話框圖1.29測量尺標(biāo)定原理按照圖1.28的步驟，分別輸入標(biāo)準(zhǔn)塊D1和D2的直徑，即可完成對測量尺的標(biāo)定，標(biāo)定原理如圖1.29所示，可以得出等式：D其中：D1、D2——分別為標(biāo)準(zhǔn)塊1和標(biāo)準(zhǔn)塊2的直徑，已知；△L1、△L2——上下測量爪完全接觸到標(biāo)準(zhǔn)塊后的測量探頭位移量，由內(nèi)置光柵傳感器測出，已知；L——測量探頭的初始位置；θ——測量爪與測量探頭之間的夾角。通過等式1.4，系統(tǒng)可以計算得出L和θ的值：L=θ=通過已知的標(biāo)準(zhǔn)塊直徑和測量探頭位移量，對測量尺進(jìn)行標(biāo)定，即確定L和θ的值，從而得出軋輥直徑與測量探頭位移量之間的函數(shù)關(guān)系：D=其中：D——軋輥直徑；△L——上下測量爪完全接觸到輥面后的測量探頭位移量。1.3.4編程實例一個完整的磨削程序必須有開始和結(jié)束兩個工序，根據(jù)軋輥的磨削需要，可以在程序開始和結(jié)束之間添加砂輪修整、對刀、粗磨、半精磨、精磨等工序，磨削過程中工序?qū)错樞驁?zhí)行，具體流程如圖1.30所示。下面將以寶鈦冷軋工作輥為實例，介紹磨削工藝編程的步驟和要點：創(chuàng)建程序（