LANDIS 6400 曲轴颈磨床课件

1、LOGO 机电一体化系统的设计域与四视图机电一体化系统的设计域与四视图 复 习LOGO机电一体化案例分析机电一体化案例分析曲轴连杆颈随动磨削磨床曲轴连杆颈随动磨削磨床 问题的提出问题的提出曲轴的特点和磨削方法曲轴的特点和磨削方法问题的提出问题的提出1.1 1.1 传统曲轴磨削方法传统曲轴磨削方法 由两道工序完成由两道工序完成:在曲轴主轴颈磨床上，以中心孔定位，在曲轴主轴颈磨床上，以中心孔定位，以主轴颈中心连线为回转中心加工以主轴颈中心连线为回转中心加工主轴颈主轴颈；在曲轴连杆颈磨床；在曲轴连杆颈磨床上，以调偏心法磨削连杆颈，即以主轴颈定位，以被加工连杆上，以调偏心法磨削连杆颈，即以主轴颈定位，

2、以被加工连杆颈的轴心线为回转中心加工颈的轴心线为回转中心加工连杆颈连杆颈。曲轴连杆颈磨床因涉及到。曲轴连杆颈磨床因涉及到偏心装夹、曲拐分度，以及由此导致的离心惯性力的平衡，故偏心装夹、曲拐分度，以及由此导致的离心惯性力的平衡，故结构较复杂。结构较复杂。1.2 1.2 数控随动曲轴磨削方法数控随动曲轴磨削方法 随动磨削是近年来随着磨削技术和数控技术等的发展而随动磨削是近年来随着磨削技术和数控技术等的发展而出现的一种新型工序集中式的曲轴类零件的磨削加工方法。以出现的一种新型工序集中式的曲轴类零件的磨削加工方法。以曲轴主轴颈中心连线为回转中心，曲轴主轴颈中心连线为回转中心，一次装夹一次装夹依次磨出所

3、有连杆依次磨出所有连杆颈。磨削连杆轴颈的实现方式为：通过采用数控技术，根据建颈。磨削连杆轴颈的实现方式为：通过采用数控技术，根据建立的连杆轴颈磨削运动的数学模型，控制砂轮的横向进给立的连杆轴颈磨削运动的数学模型，控制砂轮的横向进给(X 轴轴)和工件回转运动和工件回转运动(C轴轴)联动插补联动插补，以保证连杆颈的磨削精度和表，以保证连杆颈的磨削精度和表面质量。面质量。录像录像磨削实时录像（磨削实时录像（1）磨削实时录像（磨削实时录像（2）曲轴连杆轴颈随动磨削示意图曲轴连杆轴颈随动磨削示意图曲轴连杆颈随动磨削示意图曲轴连杆颈随动磨削示意图随动磨削切点示意图随动磨削切点示意图曲轴连杆颈磨床功能分析图

4、曲轴连杆颈磨床功能分析图 v 各轴联动运动磨削功能：各轴联动运动磨削功能：这是整台机床最主要的功能，即通过伺服系这是整台机床最主要的功能，即通过伺服系统的控制，使得各轴能够按照预先设定的程序完成相应的运动轨迹，统的控制，使得各轴能够按照预先设定的程序完成相应的运动轨迹，以达到将轴颈磨削成形的目的。同时还要保证各轴运动的进给量、位以达到将轴颈磨削成形的目的。同时还要保证各轴运动的进给量、位置、速度等精确、可靠的受控，保证加工质量。置、速度等精确、可靠的受控，保证加工质量。v 曲轴定位夹紧功能：曲轴定位夹紧功能：能将曲轴正确的定位和夹紧，且在磨削过程中夹能将曲轴正确的定位和夹紧，且在磨削过程中夹持

5、可靠，使得砂轮能够正确的对轴颈进行磨削。持可靠，使得砂轮能够正确的对轴颈进行磨削。v 工件测量功能：工件测量功能：在磨削工程中实时对工件的尺寸进行测量，并将测量在磨削工程中实时对工件的尺寸进行测量，并将测量结果反馈给控制系统，控制磨削的进程，以达到对曲轴尺寸的精确控结果反馈给控制系统，控制磨削的进程，以达到对曲轴尺寸的精确控制，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 砂轮修整功能：砂轮修整功能：在砂轮进行一定数量的磨削后，必须对砂轮进行修整，在砂轮进行一定数量的磨削后，必须对砂轮进行修整，以保持砂轮的锐度，从而保证加工的质量。同时在完成砂轮修整后，以保持砂轮

6、的锐度，从而保证加工的质量。同时在完成砂轮修整后，需要将修整量反馈给控制系统，以补偿修整量，确保加工尺寸。需要将修整量反馈给控制系统，以补偿修整量，确保加工尺寸。v 辅助功能：辅助功能：包括曲轴型号的判别，冷却液的过滤循环，机床各个部件包括曲轴型号的判别，冷却液的过滤循环，机床各个部件的润滑，机床与操作者之间的信息交互以及机床的安全防护等。的润滑，机床与操作者之间的信息交互以及机床的安全防护等。曲轴连杆颈磨床功能分析图曲轴连杆颈磨床功能分析图 曲轴连杆颈磨床功能分析形态学矩阵图曲轴连杆颈磨床功能分析形态学矩阵图 分元素分元素 可能的解法可能的解法v 砂轮材质砂轮材质 CBNCBN烧结砂轮烧结砂

7、轮v 工件装夹形式工件装夹形式 双卡盘双卡盘+ +顶尖顶尖v 控制形式控制形式 PC + CNC NC + PCPC + CNC NC + PCv 伺服形式伺服形式 交流伺服电动机交流伺服电动机 直流伺服电动机直流伺服电动机v 各旋转轴支承形式各旋转轴支承形式 静压轴承静压轴承 滑动轴承滑动轴承 滚动轴承滚动轴承v 各旋转轴驱动形式各旋转轴驱动形式 内置电机内置电机 外置电机外置电机+ +联轴器联轴器 外置电机外置电机+ +同步带同步带v 各轴滑台形式各轴滑台形式 静压导轨静压导轨 直线导轨直线导轨 普通导轨普通导轨v 各轴滑台驱动形式各轴滑台驱动形式 直线电机直线电机 静压丝杠静压丝杠 滚珠

8、丝杠滚珠丝杠v 各轴位置反馈形式各轴位置反馈形式 光栅尺光栅尺 编码器编码器 旋转变压器旋转变压器v 磨削尺寸控制方式磨削尺寸控制方式 在线测量在线测量 控制定程磨削控制定程磨削+ +离线测量离线测量v 安全控制安全控制 门安全开关门安全开关 光幕光幕v 人机交互人机交互 触摸屏触摸屏 指示灯指示灯v 信息流功能信息流功能 远程控制远程控制 故障自诊断故障自诊断 维修指示维修指示曲轴连杆颈磨床的结构视图曲轴连杆颈磨床的结构视图曲轴连杆颈磨床各轴布置图曲轴连杆颈磨床各轴布置图曲轴连杆颈磨床的结构视图曲轴连杆颈磨床的结构视图1床身床身 2砂轮架滑台砂轮架滑台驱动电机驱动电机 3砂轮架砂轮架 4砂轮

9、主轴砂轮主轴 5砂轮平砂轮平衡器衡器 6砂轮修整器砂轮修整器7工作台面工作台面 8左头架左头架 9右头架右头架 10左卡盘左卡盘 11右卡盘右卡盘 12量仪量仪 13工件类型传感器工件类型传感器14火花挡板火花挡板 15量仪量仪主机主机 16液压站液压站 17冷冷却液过滤装置却液过滤装置 18冷却液回水箱冷却液回水箱19烟雾收集器烟雾收集器 20维修通道维修通道 21电气柜电气柜 22控制面板控制面板667-1912354678910111213141516191720182122总体布局图总体布局图 曲轴连杆颈磨床的结构视图曲轴连杆颈磨床的结构视图1Z轴导轨轴导轨 2工作台面工作台面 3冷却

10、液回水槽冷却液回水槽 4回油槽回油槽3124 是保证机床加工精度的重要是保证机床加工精度的重要基础。由铸铁铸造而成，在床身基础。由铸铁铸造而成，在床身上加工有工作台面和上加工有工作台面和Z轴导轨，轴导轨，分别用以放置左右头架和分别用以放置左右头架和X轴滑轴滑台。床身上还设置有静压液压油台。床身上还设置有静压液压油回油槽，冷却液回水槽等辅助部回油槽，冷却液回水槽等辅助部件。件。床身床身曲轴连杆颈磨床结构分析曲轴连杆颈磨床结构分析-砂轮架砂轮架 v 砂轮架用来带动砂轮的前进和砂轮架用来带动砂轮的前进和后退，从而完成磨削的过程。后退，从而完成磨削的过程。它安装在床身上的它安装在床身上的Z轴静压导轴静

11、压导轨上，在砂轮架上安装有砂轮、轨上，在砂轮架上安装有砂轮、砂轮主轴、主轴驱动电机以及砂轮主轴、主轴驱动电机以及量仪。在砂轮架上加工有量仪。在砂轮架上加工有X轴轴静压导轨，砂轮架由直线电机静压导轨，砂轮架由直线电机驱动，可以沿驱动，可以沿X轴静压导轨进轴静压导轨进行行X轴方向的进给。轴方向的进给。v 在砂轮架侧面装有直线绝对位在砂轮架侧面装有直线绝对位置编码器，为置编码器，为X轴的闭环伺服轴的闭环伺服系统提供实时的位置反馈。从系统提供实时的位置反馈。从而使得而使得X轴的进给量、位置、轴的进给量、位置、速度得到可靠及精确的控制。速度得到可靠及精确的控制。砂轮架及其各部件的结构砂轮架及其各部件的结

12、构1前防护罩前防护罩 2砂轮砂轮 3砂轮主轴砂轮主轴 4砂轮防护罩砂轮防护罩 5砂轮驱动电机砂轮驱动电机 6电机接线电机接线 7直线电机安装螺钉直线电机安装螺钉 8砂轮架加强筋砂轮架加强筋 9砂轮架体砂轮架体 10后罩壳后罩壳 11后防护罩后防护罩 12X轴静压导轨轴静压导轨 13直线编码器直线编码器1245689101112trd467-67F7313曲轴连杆颈磨床分析曲轴连杆颈磨床分析砂轮主轴砂轮主轴v 砂轮主轴平行于工件安装在砂轮架上，在主轴的一端安装有砂轮，用以磨削工件。另一端则安装有内置式主轴电机，用以驱动主轴旋转。v 砂轮主轴的支承采用静压轴承，确保两者的精确配合间隙。采用静压轴承

13、作为主轴支承可以可靠的保证主轴的回转精度，减小振动，确保磨削表面的质量。同时也由于静压轴承中轴与铜套在旋转中不接触的特点，使得静压主轴具有较长的使用寿命和可靠性。v 砂轮采用CBN砂轮，即立方氮化硼砂轮。CBN砂轮的特点是硬度高、导热率高、锋利度高。在磨削过程中具有耐热、耐油、耐水、耐酸碱、自锐性好、可修整、修整间隔长，有均匀的气孔率，便于冷却、排屑等优点。磨削工件效率高，且质量稳定。曲轴连杆颈磨床砂轮主轴结构图12345678910111砂轮平衡器砂轮平衡器 2砂轮侧静压轴承砂轮侧静压轴承 3砂轮主轴砂轮主轴 4止推环止推环 5电机侧静压轴承电机侧静压轴承6冷却管路冷却管路7编码器编码器 8

14、平衡器插头平衡器插头 9主轴电机定子主轴电机定子 10主轴电机转子主轴电机转子 11砂轮主轴体砂轮主轴体 Z轴驱动结构图轴驱动结构图 1床身床身 2弹性联轴器弹性联轴器 3电机编码器电机编码器 4伺服电机伺服电机 5电机安装板电机安装板 6轴轴承锁紧螺母承锁紧螺母7皮老虎皮老虎 8后轴承座后轴承座 9后轴承后轴承 10罩壳罩壳 11静压导轨静压导轨 12砂轮架导轨体砂轮架导轨体13前防撞缓冲垫前防撞缓冲垫14前轴承前轴承 15盖板盖板 16前轴承座前轴承座 17丝杠螺母安装孔丝杠螺母安装孔 18丝杠螺母丝杠螺母 19滚珠丝杠滚珠丝杠 20后防撞缓冲垫后防撞缓冲垫124567810 111213

15、141516181939trd567-35G2017砂轮架沿砂轮架沿Z轴方向的进给，由伺服电机带动轴方向的进给，由伺服电机带动滚珠丝杠驱动砂轮架在滚珠丝杠驱动砂轮架在Z轴静压导轨上进行移动。轴静压导轨上进行移动。 曲轴连杆颈磨床结构分析曲轴连杆颈磨床结构分析卡盘卡盘 卡盘的作用是将卡盘的作用是将曲轴正确的定位和夹曲轴正确的定位和夹紧，且在磨削过程中紧，且在磨削过程中夹持可靠，使得砂轮夹持可靠，使得砂轮能够正确的对轴颈进能够正确的对轴颈进行磨削。卡盘安装在行磨削。卡盘安装在头尾架上，由头尾架头尾架上，由头尾架后部的旋转分配器提后部的旋转分配器提供的液压有来对工件供的液压有来对工件进行定位和夹紧。

16、进行定位和夹紧。 曲轴连杆颈磨床床身结构图15111391012417568667-1932141617181920211工件定位托架工件定位托架 2轴向定位块轴向定位块 3轴向定位块到位传感器轴向定位块到位传感器 4工件夹紧块工件夹紧块5工件夹紧传感器工件夹紧传感器 6夹紧块驱动销夹紧块驱动销 7卡盘体卡盘体 8工件探测传感器工件探测传感器曲轴连杆颈磨床的结构视图曲轴连杆颈磨床的结构视图曲轴连杆颈磨床结构分析曲轴连杆颈磨床结构分析头尾架头尾架 v 头尾架的作用是支承工件，并使工件按照一定的速度旋头尾架的作用是支承工件，并使工件按照一定的速度旋转，从而完成磨削。头尾架安装在工作台面上，头尾架转

17、，从而完成磨削。头尾架安装在工作台面上，头尾架轴的支承采用了静压轴承，从而确保了工件旋转时的回轴的支承采用了静压轴承，从而确保了工件旋转时的回转精度。头尾架前部安装有液压卡盘，用以定位及夹持转精度。头尾架前部安装有液压卡盘，用以定位及夹持工件，其后部则装有内置式电机，用以驱动头尾架旋转。工件，其后部则装有内置式电机，用以驱动头尾架旋转。在电机外侧安装有编码器和液压旋转分配器，分别用于在电机外侧安装有编码器和液压旋转分配器，分别用于为头尾架伺服系统提供位置反馈和为卡盘的夹紧放松提为头尾架伺服系统提供位置反馈和为卡盘的夹紧放松提供液压油。供液压油。 曲轴连杆颈磨床头尾架结构图曲轴连杆颈磨床头尾架结

18、构图 1液压旋转分配液压旋转分配器器 2分配器安分配器安装底座装底座 3锁紧锁紧螺母螺母 4编码器编码器 5转子定位圈转子定位圈 6电机转子电机转子 7电机定子电机定子 8止推环止推环 9节流节流阀阀 10后静压轴后静压轴承承 11轴轴 12配油管路配油管路 13前静压轴承前静压轴承 14密封密封 15轴端配油口轴端配油口 16壳体壳体 17静压油静压油过滤器过滤器砂轮修整器结构图12341金刚滚轮金刚滚轮 2金刚滚轮安装螺钉金刚滚轮安装螺钉 3修整器壳体修整器壳体 4修整器电机修整器电机工件量仪结构图工件量仪结构图 1导向架导向架 2触头触头 3锁紧螺锁紧螺钉钉 4调节螺钉调节螺钉 5测头测

19、头 6轴轴向调整块向调整块7转转动销动销 8径向调节螺径向调节螺钉钉 9张紧弹簧张紧弹簧 10臂臂 11量量仪位置传感器仪位置传感器 12平衡弹簧平衡弹簧 13弹簧调节弹簧调节螺钉螺钉 14支撑支撑臂臂 15砂轮架砂轮架 16中心调节中心调节螺钉螺钉 17油缸油缸 18工件工件 19V型块型块Marposs的的P7系列量仪系列量仪 曲轴连杆颈磨床控制系统构成图曲轴连杆颈磨床控制系统构成图5789101112131418621541161731 1UPS 2UPS 2工控机工控机 3 3SERCOSSERCOS总线总线24V24V电源电源 4 4SERCOSSERCOS总线总线 5 5驱动器驱动

20、器 6 6直线编码器直线编码器7 7伺服电机伺服电机 8 8直线电机直线电机 9 9编码器编码器 1010主轴驱动电机主轴驱动电机 1111接近开关接近开关 1212限位开关限位开关 1313手摇脉冲发射器手摇脉冲发射器 1414电磁阀电磁阀 1515交流电源交流电源 1616键盘键盘 1717显示触摸屏显示触摸屏 1818INTERBUSINTERBUS总线总线机电一体化基本单元机电一体化基本单元C1D1M1X轴伺服单元轴伺服单元C2D2M2Z轴伺服单元轴伺服单元C3D3M3C轴伺服单元（头架）轴伺服单元（头架）C4D4M4C1 轴伺服单元（尾架）轴伺服单元（尾架）C5D5M5S轴伺服单元（砂轮轴）轴伺服单元（砂轮轴）CnDnMn其他控制单元其他控制单元曲轴连杆颈磨床的信息视图如下图所示：1，控制系统的核心是一台Siemens PC870系列工控机，其内建5个PCI插槽，用以安装SERCOS和INTERBUS接口卡。2，采用LANDIS公司的CNC6400数控操作系统控制，可以编制系统加工程序，并计算各轴的位置，