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关于小凸度弧形高精度磨削调试工艺的改进 无锡机床股份有限公司

时间:2016-05-03来源: 作者: 点击: 274次


关键词:小凸度弧形,高精度磨削,调试工艺

摘要:本文着重介绍如何使用用激光干涉仪作为检测工具进行“时间-位移”的分析,来调节伺服电机位置增益的方法,从而改善加工工件表面圆弧图形的对称性,满足小凸度圆弧磨削的定位要求。

 

一.    前言

浙江万向特种轴承有限公司向无锡机床厂定购了两条轴承生产线,该生产线中的3MK2320-TZ2机床是专门用于轴承套圈圆弧表面磨削加工的。在机床的试制过程中,按照传统的方法调试,满足不了机床设计要求。改进了调试工艺和测量仪器后,使机床的技术指标达到了要求。

 

二.    机床调试

3MK2320-TZ2机床的调试过程中,要求对弧宽为8毫米的试磨工件的圆弧表面进行加工,磨削后的弧高为5微米,公差正负1微米。机床采用西门子840D二轴数控系统,X轴为工件磨削进给轴,选用西门子1FT60641AF714EG1型伺服电机,扭矩 9.5Nm,最高转速3000r/minZ轴为工作台进给轴,选用同样型号的电机。砂轮修整采用二轴插补控制。

机床装配完毕后试磨削,工件表面的形状通过直线仪测量,结果很不满意。连续磨削五件工件,每件的表面形状都不一样,没有规律可寻。根据惯例,先从机械装配精度开始复查。反复调试无法成功,为此决定改进调试工艺。选用雷尼绍ML10激光干涉仪作为检测工具进行“时间-位移”的分析,摸索新的调试方法。

 

①  直线度(运动精度)与重复定位精度的测量与重新调整

根据国家标准规定1.3米长的钢导轨直线度(运动精度)在5微米以内,即符合装配合格标准。考虑到此次工件加工为小凸度的弧型表面,决定将其直线度(运动精度)控制在3微米以内。同样,国家标准规定1.3米长的钢导轨重复定位精度在6微米以内符合装配合格标准。经过多次调整,装配技术指标达到要求。

 

激光干涉仪测量结果:

X轴直线度(运动精度)测量结果参见图1

X轴重复定位精度测量结果图参见图2

X轴重复定位精度测量结果数值表参见表1

Z轴直线度(运动精度)测量结果参见图3

Z轴重复定位精度测量结果图参见图4

Z轴重复定位精度测量结果数值表参见表2

 

1 X轴轴直线度(运动精度)测量结果


2 X轴重复定位精度测量结果图

 


1


3 Z轴直线度(运动精度)测量结果

4 Z轴重复定位精度测量结果图


2


②利用激光干涉仪调校伺服电机增益

在重新调整了直线度(运动精度)与重复定位精度的基础上,连续磨削五件工件,通过直线仪测量,每件的表面形状基本一致(参见图5)但圆弧左右不对称,结果还是不满意。什么原因造成的呢?机械方面重新装配检查了修整器,更换了磨削用的砂轮,磨削出的工件表面形状没有改进。电气方面优化了伺服电机,没有出现爬行现象(指在微小量进给时,发出指令,1个脉冲不走,两个脉冲一起走或多个脉冲一起走),还检查了反向间隙,更换了电主轴,结果依旧毫无进展。

圆弧表面形状基本图

 

 

为此,考虑用激光干涉仪特有的位移-时间分析软件来对圆弧顶端进行分析研究,特别在X轴换向处着重进行测量分析。测试结果如图6所示,顶端图形不对称,表明X轴正向运动停止和反向运动起动动作步调不一致。


X轴正向运动停止和反向运动起动动作步调不一致,反映出的图形就不对称。

 

 

 

 


6 X轴位移-时间图

 

通过调节伺服电机的位置增益,可以改善顶端图形不对称的现象。因为位置增益决定了位置控制环对负载变化的响应性。具体操作如下:

位置增益参数设置成0.7,监控图形如图7

位置增益参数设置成0.9,监控图形如图8

位置增益参数设置成1.5,监控图形如图9

位置增益参数设置成1.6,监控图形如图10

位置增益参数设置成1.8,监控图形如图11

很明显,位置增益参数设置越大,图形的对称性越好。但是,位置增益太大,容易引起机械系统振动。当位置增益参数设置成1.8时,电机有异常响声。

7 位置增益参数设置成0.7监控图

 

 

 

位置增益参数设置成0.9监控图

 

 

位置增益参数设置成1.5监控图

 

 

 

10  位置增益参数设置成1.6监控图

 

 

 

11  位置增益参数设置成1.8监控图

 

但此时(位置增益参数设置成1.8)连续磨削的五件工件,通过直线仪测量,每件的表面形状基本一致(参见图12),加工工件的质量符合要求。

 

12  圆弧表面形状基本图

 

三.           结论

①通过调节伺服电机位置增益的方法可以改善加工工件表面圆弧图形的对称性。但是伺服电机位置增益参数设置过高,电机有异常响声。证明这次X轴电机扭矩选择小了。原选用西门子1FT60641AF714EG1型伺服电机, 扭矩9.5Nm,转速3000r/min。现改用1FT61021AC714EG1型伺服电机,扭矩22.4Nm,转速2000r/min。更换电机后排除了异常响声,批量试磨,工件加工形状及精度均满足要求,证明改进是成功的。

②本调试经验已作为该类机床的调试加工工艺保存。调试中要求机床执行一套特定动作,即每隔2秒走0.5个微米,然后反向每隔2秒走0.5个微米。用激光干涉仪的位移-时间分析软件进行测量分析能得到图13那样的台阶状对称图形,证明机床能够满足小凸度圆弧磨削的定位要求。

13 位移-时间分析图

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