LANDIS 6400 曲轴颈磨床分析

机电一体化系统的设计域与四视图

复习机电一体化案例分析

曲轴连杆颈随动磨削磨床

问题的提出曲轴的特点和磨削方法问题的提出1.1传统曲轴磨削方法由两道工序完成: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主轴颈；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，以被加工连杆颈的轴心线为回转中心加工连杆颈。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，故结构较复杂。1.2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，一次装夹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)和工件回转运动(C轴)联动插补，以保证连杆颈的磨削精度和表面质量。录像磨削实时录像（1）磨削实时录像（2）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随动磨削切点示意图曲轴连杆颈磨床功能分析图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、位置、速度等精确、可靠的受控，保证加工质量。曲轴定位夹紧功能：能将曲轴正确的定位和夹紧，且在磨削过程中夹持可靠，使得砂轮能够正确的对轴颈进行磨削。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。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，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，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。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形态学矩阵图

分元素可能的解法砂轮材质CBN烧结砂轮工件装夹形式双卡盘+顶尖控制形式PC+CNCNC+PC

伺服形式交流伺服电动机直流伺服电动机各旋转轴支承形式静压轴承滑动轴承滚动轴承各旋转轴驱动形式内置电机外置电机+联轴器外置电机+同步带各轴滑台形式静压导轨直线导轨普通导轨各轴滑台驱动形式直线电机静压丝杠滚珠丝杠各轴位置反馈形式光栅尺编码器旋转变压器磨削尺寸控制方式在线测量控制定程磨削+离线测量安全控制门安全开关光幕人机交互触摸屏指示灯信息流功能远程控制故障自诊断维修指示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的结构视图1－床身2－砂轮架滑台驱动电机3－砂轮架

4－砂轮主轴5－砂轮平衡器6－砂轮修整器7－工作台面8－左头架9－右头架10－左卡盘11－右卡盘12－量仪13－工件类型传感器14－火花挡板15－量仪主机16－液压站17－冷却液过滤装置18－冷却液回水箱19－烟雾收集器20－维修通道21－电气柜22－控制面板总体布局图

曲轴连杆颈磨床的结构视图1－Z轴导轨2－工作台面3－冷却液回水槽4－回油槽3124是保证机床加工精度的重要基础。由铸铁铸造而成，在床身上加工有工作台面和Z轴导轨，分别用以放置左右头架和X轴滑台。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件。床身曲轴连杆颈磨床结构分析--砂轮架砂轮架用来带动砂轮的前进和后退，从而完成磨削的过程。它安装在床身上的Z轴静压导轨上，在砂轮架上安装有砂轮、砂轮主轴、主轴驱动电机以及量仪。在砂轮架上加工有X轴静压导轨，砂轮架由直线电机驱动，可以沿X轴静压导轨进行X轴方向的进给。在砂轮架侧面装有直线绝对位置编码器，为X轴的闭环伺服系统提供实时的位置反馈。从而使得X轴的进给量、位置、速度得到可靠及精确的控制。砂轮架及其各部件的结构1－前防护罩2－砂轮3－砂轮主轴4－砂轮防护罩5－砂轮驱动电机6－电机接线7－直线电机安装螺钉

8－砂轮架加强筋9－砂轮架体10－后罩壳11－后防护罩12－X轴静压导轨13－直线编码器

曲轴连杆颈磨床分析—砂轮主轴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。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。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1－砂轮平衡器2－砂轮侧静压轴承3－砂轮主轴4－止推环5－电机侧静压轴承6－冷却管路7－编码器8－平衡器插头9－主轴电机定子10－主轴电机转子11－砂轮主轴体

Z轴驱动结构图

1－床身2－弹性联轴器3－电机编码器4－伺服电机5－电机安装板6－轴承锁紧螺母7－皮老虎8－后轴承座9－后轴承10－罩壳11－静压导轨12－砂轮架导轨体13－前防撞缓冲垫14－前轴承15－盖板16－前轴承座17－丝杠螺母安装孔18－丝杠螺母19－滚珠丝杠20－后防撞缓冲垫

砂轮架沿Z轴方向的进给，由伺服电机带动滚珠丝杠驱动砂轮架在Z轴静压导轨上进行移动。

曲轴连杆颈磨床结构分析—卡盘

卡盘的作用是将曲轴正确的定位和夹紧，且在磨削过程中夹持可靠，使得砂轮能够正确的对轴颈进行磨削。卡盘安装在头尾架上，由头尾架后部的旋转分配器提供的液压有来对工件进行定位和夹紧。曲轴连杆颈磨床床身结构图1－工件定位托架2－轴向定位块3－轴向定位块到位传感器4－工件夹紧块5－工件夹紧传感器6－夹紧块驱动销7－卡盘体8－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结构分析—头尾架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。曲轴连杆颈磨床头尾架结构图1－液压旋转分配器2－分配器安装底座3－锁紧螺母4－编码器5－转子定位圈6－电机转子7－电机定子8－止推环9－节流阀10－后静压轴承11－轴12－配油管路13－前静压轴承14－密封15－轴端配油口16－壳体17－静压油过滤器砂轮修整器结构图1－金刚滚轮2－金刚滚轮安装螺钉3－修整器壳体4－修整器电机工件量仪结构图1－导向架2－触头3－锁紧螺钉4－调节螺钉5－测头6－轴向调整块7－转动销

8－径向调节螺钉9－张紧弹簧10－臂11－量仪位置传感器12－平衡弹簧13－弹簧调节螺钉14－支撑臂15－砂轮架16－中心调节螺钉17－油缸18－工件19－V型块Marposs的P7系列量仪

曲轴连杆颈磨床控制系统构成图1－UPS2－工控机3－SERCOS总线24V电源4－SERCOS总线5－驱动器6－直线编码器7－伺服电机8－直线电机9－编码器10－主轴驱动电机11－接近开关12限位开关13－手摇脉冲发射器14－电磁阀15－交流电源16－键盘17－显示触摸屏18－INTERBUS总线机电一体化基本单元C1D1M1X轴伺服单元C2D2M2Z轴伺服单元C3D3M3C轴伺服单元（头架）C4D4M4C1轴伺服单元（尾架）C5D5M5S轴伺服单元（砂轮轴）CnDnMn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SiemensPC870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，对机床的各轴运动、PLC、I/O等进行综合控制。3，各轴的伺服运动通过SERCOS总线对各个驱动器实施控制。SERCOS（SerialRealtimeCommunicationSpecification）是一种专门用于在工业机械电气设备的控制单元与数字伺服装置实现串行实时数据通讯的协议标准。控制系统通过SERCOS接口卡和通讯光缆对各个伺服轴进行精确的控制。4，各轴的伺服驱动器采用了Rexroth的驱动器和交流伺服电动机来实现各轴的旋转和联动运动。5，系统对PLC和各个I/O点及对砂轮主轴旋转的控制是通过INFERBUS总线来实现的。曲轴连杆颈磨床控制系统组成曲轴连杆颈磨床控制系统框图CRT键盘鼠标主机板硬盘网卡SERCOS接口卡INTELBUS接口卡伺服驱动X轴伺服电机

光栅尺PC总线工控一体机伺服驱动Z轴伺服电机