LANDIS 6400 曲軸頸磨床分析

1、LOGO 機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)域與四視圖機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)域與四視圖 復(fù) 習(xí)LOGO機(jī)電一體化案例分析機(jī)電一體化案例分析曲軸連桿頸隨動磨削磨床曲軸連桿頸隨動磨削磨床 問題的提出問題的提出曲軸的特點(diǎn)和磨削方法曲軸的特點(diǎn)和磨削方法問題的提出問題的提出1.1 1.1 傳統(tǒng)曲軸磨削方法傳統(tǒng)曲軸磨削方法 由兩道工序完成由兩道工序完成:在曲軸主軸頸磨床上，以中心孔定位，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)中心加工以主軸頸中心連線為回轉(zhuǎn)中心加工主軸頸主軸頸；在曲軸連桿頸磨床；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，以被加工連桿上，以調(diào)偏心法磨削連桿頸，即以主軸頸定位，

2、以被加工連桿頸的軸心線為回轉(zhuǎn)中心加工頸的軸心線為回轉(zhuǎn)中心加工連桿頸連桿頸。曲軸連桿頸磨床因涉及到。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。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。1.2 1.2 數(shù)控隨動曲軸磨削方法數(shù)控隨動曲軸磨削方法 隨動磨削是近年來隨著磨削技術(shù)和數(shù)控技術(shù)等的發(fā)展而隨動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，曲軸主軸頸中心連線為回轉(zhuǎn)中心，一次裝夾一次裝夾依次磨出所

3、有連桿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)動的數(shù)學(xué)模型，控制砂輪的橫向進(jìn)給立的連桿軸頸磨削運(yùn)動的數(shù)學(xué)模型，控制砂輪的橫向進(jìn)給(X 軸軸)和工件回轉(zhuǎn)運(yùn)動和工件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(C軸軸)聯(lián)動插補(bǔ)聯(lián)動插補(bǔ)，以保證連桿頸的磨削精度和表，以保證連桿頸的磨削精度和表面質(zhì)量。面質(zhì)量。錄像錄像磨削實(shí)時(shí)錄像（磨削實(shí)時(shí)錄像（1）磨削實(shí)時(shí)錄像（磨削實(shí)時(shí)錄像（2）曲軸連桿軸頸隨動磨削示意圖曲軸連桿軸頸隨動磨削示意圖曲軸連桿頸隨動磨削示意圖曲軸連桿頸隨動磨削示意圖隨動磨削切點(diǎn)示意圖隨動磨削切點(diǎn)示意圖曲軸連桿頸磨床功能分析圖

4、曲軸連桿頸磨床功能分析圖 v 各軸聯(lián)動運(yùn)動磨削功能：各軸聯(lián)動運(yùn)動磨削功能：這是整臺機(jī)床最主要的功能，即通過伺服系這是整臺機(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)動軌跡，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)動的進(jìn)給量、位以達(dá)到將軸頸磨削成形的目的。同時(shí)還要保證各軸運(yùn)動的進(jìn)給量、位置、速度等精確、可靠的受控，保證加工質(zhì)量。置、速度等精確、可靠的受控，保證加工質(zhì)量。v 曲軸定位夾緊功能：曲軸定位夾緊功能：能將曲軸正確的定位和夾緊，且在磨削過程中夾能將曲軸正確的定位和夾緊，且在磨削過程中夾持

5、可靠，使得砂輪能夠正確的對軸頸進(jìn)行磨削。持可靠，使得砂輪能夠正確的對軸頸進(jìn)行磨削。v 工件測量功能：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。制，并使每次加工的尺寸保持一致的目的。v 砂輪修整功能：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，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，以保持砂輪

6、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。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。v 輔助功能：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。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圖 曲軸連桿頸磨床功能分析形態(tài)學(xué)矩陣圖曲軸連桿頸磨床功能分析形態(tài)學(xué)矩陣圖 分元素分元素 可能的解法可能的解法v 砂輪材質(zhì)砂輪材質(zhì) CBNCBN燒結(jié)砂輪燒結(jié)砂

7、輪v 工件裝夾形式工件裝夾形式 雙卡盤雙卡盤+ +頂尖頂尖v 控制形式控制形式 PC + CNC NC + PCPC + CNC NC + PCv 伺服形式伺服形式 交流伺服電動機(jī)交流伺服電動機(jī) 直流伺服電動機(jī)直流伺服電動機(jī)v 各旋轉(zhuǎn)軸支承形式各旋轉(zhuǎn)軸支承形式 靜壓軸承靜壓軸承 滑動軸承滑動軸承 滾動軸承滾動軸承v 各旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動形式各旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動形式 內(nèi)置電機(jī)內(nèi)置電機(jī) 外置電機(jī)外置電機(jī)+ +聯(lián)軸器聯(lián)軸器 外置電機(jī)外置電機(jī)+ +同步帶同步帶v 各軸滑臺形式各軸滑臺形式 靜壓導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌 直線導(dǎo)軌直線導(dǎo)軌 普通導(dǎo)軌普通導(dǎo)軌v 各軸滑臺驅(qū)動形式各軸滑臺驅(qū)動形式 直線電機(jī)直線電機(jī) 靜壓絲杠靜壓絲杠 滾珠

8、絲杠滾珠絲杠v 各軸位置反饋形式各軸位置反饋形式 光柵尺光柵尺 編碼器編碼器 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器v 磨削尺寸控制方式磨削尺寸控制方式 在線測量在線測量 控制定程磨削控制定程磨削+ +離線測量離線測量v 安全控制安全控制 門安全開關(guān)門安全開關(guān) 光幕光幕v 人機(jī)交互人機(jī)交互 觸摸屏觸摸屏 指示燈指示燈v 信息流功能信息流功能 遠(yuǎn)程控制遠(yuǎn)程控制 故障自診斷故障自診斷 維修指示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各軸布置圖曲軸連桿頸磨床的結(jié)構(gòu)視圖曲軸連桿頸磨床的結(jié)構(gòu)視圖1床身床身 2砂輪架滑臺砂輪架滑臺驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動電機(jī) 3砂輪架砂輪架 4砂輪

9、主軸砂輪主軸 5砂輪平砂輪平衡器衡器 6砂輪修整器砂輪修整器7工作臺面工作臺面 8左頭架左頭架 9右頭架右頭架 10左卡盤左卡盤 11右卡盤右卡盤 12量儀量儀 13工件類型傳感器工件類型傳感器14火花擋板火花擋板 15量儀量儀主機(jī)主機(jī) 16液壓站液壓站 17冷冷卻液過濾裝置卻液過濾裝置 18冷卻液回水箱冷卻液回水箱19煙霧收集器煙霧收集器 20維修通道維修通道 21電氣柜電氣柜 22控制面板控制面板667-1912354678910111213141516191720182122總體布局圖總體布局圖 曲軸連桿頸磨床的結(jié)構(gòu)視圖曲軸連桿頸磨床的結(jié)構(gòu)視圖1Z軸導(dǎo)軌軸導(dǎo)軌 2工作臺面工作臺面 3冷卻

10、液回水槽冷卻液回水槽 4回油槽回油槽3124 是保證機(jī)床加工精度的重要是保證機(jī)床加工精度的重要基礎(chǔ)。由鑄鐵鑄造而成，在床身基礎(chǔ)。由鑄鐵鑄造而成，在床身上加工有工作臺面和上加工有工作臺面和Z軸導(dǎo)軌，軸導(dǎo)軌，分別用以放置左右頭架和分別用以放置左右頭架和X軸滑軸滑臺。床身上還設(shè)置有靜壓液壓油臺。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回油槽，冷卻液回水槽等輔助部件。件。床身床身曲軸連桿頸磨床結(jié)構(gòu)分析曲軸連桿頸磨床結(jié)構(gòu)分析-砂輪架砂輪架 v 砂輪架用來帶動砂輪的前進(jìn)和砂輪架用來帶動砂輪的前進(jìn)和后退，從而完成磨削的過程。后退，從而完成磨削的過程。它安裝在床身上的它安裝在床身上的Z軸靜壓導(dǎo)軸靜

11、壓導(dǎo)軌上，在砂輪架上安裝有砂輪、軌上，在砂輪架上安裝有砂輪、砂輪主軸、主軸驅(qū)動電機(jī)以及砂輪主軸、主軸驅(qū)動電機(jī)以及量儀。在砂輪架上加工有量儀。在砂輪架上加工有X軸軸靜壓導(dǎo)軌，砂輪架由直線電機(jī)靜壓導(dǎo)軌，砂輪架由直線電機(jī)驅(qū)動，可以沿驅(qū)動，可以沿X軸靜壓導(dǎo)軌進(jìn)軸靜壓導(dǎo)軌進(jìn)行行X軸方向的進(jìn)給。軸方向的進(jìn)給。v 在砂輪架側(cè)面裝有直線絕對位在砂輪架側(cè)面裝有直線絕對位置編碼器，為置編碼器，為X軸的閉環(huán)伺服軸的閉環(huán)伺服系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的位置反饋。從系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的位置反饋。從而使得而使得X軸的進(jìn)給量、位置、軸的進(jìn)給量、位置、速度得到可靠及精確的控制。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)砂輪架及其各部件的結(jié)

12、構(gòu)1前防護(hù)罩前防護(hù)罩 2砂輪砂輪 3砂輪主軸砂輪主軸 4砂輪防護(hù)罩砂輪防護(hù)罩 5砂輪驅(qū)動電機(jī)砂輪驅(qū)動電機(jī) 6電機(jī)接線電機(jī)接線 7直線電機(jī)安裝螺釘直線電機(jī)安裝螺釘 8砂輪架加強(qiáng)筋砂輪架加強(qiáng)筋 9砂輪架體砂輪架體 10后罩殼后罩殼 11后防護(hù)罩后防護(hù)罩 12X軸靜壓導(dǎo)軌軸靜壓導(dǎo)軌 13直線編碼器直線編碼器1245689101112trd467-67F7313曲軸連桿頸磨床分析曲軸連桿頸磨床分析砂輪主軸砂輪主軸v 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)動主軸旋轉(zhuǎn)。v 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

13、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，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。v 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12345678910111砂輪平衡器砂輪平衡器 2砂輪側(cè)靜壓軸承砂輪側(cè)靜壓軸承 3砂輪主軸砂輪主軸 4止推環(huán)止推環(huán) 5電機(jī)側(cè)靜壓軸承電機(jī)側(cè)靜壓軸承6冷卻管路冷卻管路7編碼器編碼器 8

14、平衡器插頭平衡器插頭 9主軸電機(jī)定子主軸電機(jī)定子 10主軸電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸電機(jī)轉(zhuǎn)子 11砂輪主軸體砂輪主軸體 Z軸驅(qū)動結(jié)構(gòu)圖軸驅(qū)動結(jié)構(gòu)圖 1床身床身 2彈性聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器 3電機(jī)編碼器電機(jī)編碼器 4伺服電機(jī)伺服電機(jī) 5電機(jī)安裝板電機(jī)安裝板 6軸軸承鎖緊螺母承鎖緊螺母7皮老虎皮老虎 8后軸承座后軸承座 9后軸承后軸承 10罩殼罩殼 11靜壓導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌 12砂輪架導(dǎo)軌體砂輪架導(dǎo)軌體13前防撞緩沖墊前防撞緩沖墊14前軸承前軸承 15蓋板蓋板 16前軸承座前軸承座 17絲杠螺母安裝孔絲杠螺母安裝孔 18絲杠螺母絲杠螺母 19滾珠絲杠滾珠絲杠 20后防撞緩沖墊后防撞緩沖墊124567810 111213

15、141516181939trd567-35G2017砂輪架沿砂輪架沿Z軸方向的進(jìn)給，由伺服電機(jī)帶動軸方向的進(jìn)給，由伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠驅(qū)動砂輪架在滾珠絲杠驅(qū)動砂輪架在Z軸靜壓導(dǎo)軌上進(jìn)行移動。軸靜壓導(dǎo)軌上進(jìn)行移動。 曲軸連桿頸磨床結(jié)構(gòu)分析曲軸連桿頸磨床結(jié)構(gòu)分析卡盤卡盤 卡盤的作用是將卡盤的作用是將曲軸正確的定位和夾曲軸正確的定位和夾緊，且在磨削過程中緊，且在磨削過程中夾持可靠，使得砂輪夾持可靠，使得砂輪能夠正確的對軸頸進(jìn)能夠正確的對軸頸進(jìn)行磨削?？ūP安裝在行磨削。卡盤安裝在頭尾架上，由頭尾架頭尾架上，由頭尾架后部的旋轉(zhuǎn)分配器提后部的旋轉(zhuǎn)分配器提供的液壓有來對工件供的液壓有來對工件進(jìn)行定位和夾緊。

16、進(jìn)行定位和夾緊。 曲軸連桿頸磨床床身結(jié)構(gòu)圖15111391012417568667-1932141617181920211工件定位托架工件定位托架 2軸向定位塊軸向定位塊 3軸向定位塊到位傳感器軸向定位塊到位傳感器 4工件夾緊塊工件夾緊塊5工件夾緊傳感器工件夾緊傳感器 6夾緊塊驅(qū)動銷夾緊塊驅(qū)動銷 7卡盤體卡盤體 8工件探測傳感器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的結(jié)構(gòu)視圖曲軸連桿頸磨床結(jié)構(gòu)分析曲軸連桿頸磨床結(jié)構(gòu)分析頭尾架頭尾架 v 頭尾架的作用是支承工件，并使工件按照一定的速度旋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，頭尾架轉(zhuǎn)

17、，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)動頭尾架旋轉(zhuǎn)。工件，其后部則裝有內(nèi)置式電機(jī)，用以驅(qū)動頭尾架旋轉(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。供液壓油。 曲軸連桿頸磨床頭尾架結(jié)構(gòu)圖曲軸連桿頸磨床頭尾架結(jié)

18、構(gòu)圖 1液壓旋轉(zhuǎn)分配液壓旋轉(zhuǎn)分配器器 2分配器安分配器安裝底座裝底座 3鎖緊鎖緊螺母螺母 4編碼器編碼器 5轉(zhuǎn)子定位圈轉(zhuǎn)子定位圈 6電機(jī)轉(zhuǎn)子電機(jī)轉(zhuǎn)子 7電機(jī)定子電機(jī)定子 8止推環(huán)止推環(huán) 9節(jié)流節(jié)流閥閥 10后靜壓軸后靜壓軸承承 11軸軸 12配油管路配油管路 13前靜壓軸承前靜壓軸承 14密封密封 15軸端配油口軸端配油口 16殼體殼體 17靜壓油靜壓油過濾器過濾器砂輪修整器結(jié)構(gòu)圖12341金剛滾輪金剛滾輪 2金剛滾輪安裝螺釘金剛滾輪安裝螺釘 3修整器殼體修整器殼體 4修整器電機(jī)修整器電機(jī)工件量儀結(jié)構(gòu)圖工件量儀結(jié)構(gòu)圖 1導(dǎo)向架導(dǎo)向架 2觸頭觸頭 3鎖緊螺鎖緊螺釘釘 4調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)螺釘 5測頭測

19、頭 6軸軸向調(diào)整塊向調(diào)整塊7轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動銷動銷 8徑向調(diào)節(jié)螺徑向調(diào)節(jié)螺釘釘 9張緊彈簧張緊彈簧 10臂臂 11量量儀位置傳感器儀位置傳感器 12平衡彈簧平衡彈簧 13彈簧調(diào)節(jié)彈簧調(diào)節(jié)螺釘螺釘 14支撐支撐臂臂 15砂輪架砂輪架 16中心調(diào)節(jié)中心調(diào)節(jié)螺釘螺釘 17油缸油缸 18工件工件 19V型塊型塊Marposs的的P7系列量儀系列量儀 曲軸連桿頸磨床控制系統(tǒng)構(gòu)成圖曲軸連桿頸磨床控制系統(tǒng)構(gòu)成圖5789101112131418621541161731 1UPS 2UPS 2工控機(jī)工控機(jī) 3 3SERCOSSERCOS總線總線24V24V電源電源 4 4SERCOSSERCOS總線總線 5 5驅(qū)動器驅(qū)動

20、器 6 6直線編碼器直線編碼器7 7伺服電機(jī)伺服電機(jī) 8 8直線電機(jī)直線電機(jī) 9 9編碼器編碼器 1010主軸驅(qū)動電機(jī)主軸驅(qū)動電機(jī) 1111接近開關(guān)接近開關(guān) 1212限位開關(guān)限位開關(guān) 1313手搖脈沖發(fā)射器手搖脈沖發(fā)射器 1414電磁閥電磁閥 1515交流電源交流電源 1616鍵盤鍵盤 1717顯示觸摸屏顯示觸摸屏 1818INTERBUSINTERBUS總線總線機(jī)電一體化基本單元機(jī)電一體化基本單元C1D1M1X軸伺服單元軸伺服單元C2D2M2Z軸伺服單元軸伺服單元C3D3M3C軸伺服單元（頭架）軸伺服單元（頭架）C4D4M4C1 軸伺服單元（尾架）軸伺服單元（尾架）C5D5M5S軸伺服單元（砂輪軸）軸伺服單元（砂輪軸）CnDnMn其他控制單元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Siemens PC870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，