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摘 要：在机械行业中，数控机床也运用到各种领域。数控机床的使用，大大降低了职工的劳动强度。使得职工一人双机或多机的操作模式，提高了劳动生产率，提高了产品的稳定性和加工精度，降低了人工成本。公司还有早期购入的通用设备（这些设备已使用了十多年）。该类设备的特点是通用性好，适应各类产品的一般加工，但普遍的问题是自动化程度不高，基本上是手工操作，生产效率低。因此，如何对老旧、通用设备进行数控化改造是一个重要的课题，也是提高生产率，降低人工成本，减少设备投资，充分利用老旧、通用设备的重要用途。
关键词：外圆磨床；数控改造；在线量仪；普通设备；生产效率；伺服驱动
引言
套类零件开发到批量生产以来，粗、精外圆工序一直采用普通外圆磨床（MGB1420、2M9120）进行磨削加工，应该说在当时的特定条件下，基本满足了生产工艺的要求，但随着硬质合金磨削加工技术的进步以及人工成本的大幅度上升，原有加工工艺及装备已不能够满足产品保持深加工技术优势以及产品深加工制造成本控制的要求，普通磨床的装备缺陷凸显。普通磨床只能实现一人一机的手工操作模式，属于劳动密集生产性质，单人生产效率低，人工成本高，同时人为影响因素大，产品加工质量控制不稳定。为了盘活现有陈旧的设备（使用年限大于10年，导轨磨损严重，头架精度严重丧失，加工出产品的圆度较大，外圆0.008mm），实现磨削设备的全面升级与闭环控制，实现一人多机的操作模式，提高产品质量与生产效率，降低制造成本。充分利用老旧、通用设备的重要用途。
1、普通外圆磨床使用现状
普通外圆磨床主要磨削外圆，该磨床的纵向运动通过液动（液压缸推动往复运动）实现，横向移动（切削进给）只能通过摇动进给手轮手动实现。机床使用十多年，导轨、砂轮主轴、头架主轴精度丧失，加工产品圆度、表面光洁度达不到要求。该机床砂轮磨损后的补偿方式，完全是凭人工的经验在一定条件一件加工时增加几丝。动作多而繁琐，职工劳动强度大，生产效率低，产品加工不稳定。
2、自动数控改造方案
2.1机械部分改造方案：由于采用液压进给机械结构比较复杂，而且床身导轨与拖板之间空间也很狭小，液压故障频繁，加工工件不稳定，经多方比较，确定采用数控改造较好，结构简单，数控使用已比较成熟的数控系统。首先将床身内液压部分全部拆除，利用原液压缸固定平面（加工面），作為Z滚珠丝杠轴承座安装面；而进给部分将原来丝杆及顶紧缸拆除，用原来的两个孔加工作为滚珠丝杠的轴承安装孔。
2.2机床传动部分的设计
根据机床工作台的空间与机床磨削产品时的行程、工作台的重量、磨削负荷测量计算，选用（Z轴）长1087mm×直径φ40滚珠丝杠、（X轴）长835mm×直径φ40滚珠丝杠作为传动，两端采用两只7205P4向心角接触轴承背靠背固定在安装座上，电机固定在床身外侧，伺服电机与滚珠丝杠通过一个自制联轴器实现弹性联接（该联轴器一边径向加工剖开，固定方式为螺杆拧紧，使得联轴器与滚珠丝杠轴、电机轴抱紧）。对于MGB1420外圆磨床，X轴用来进刀，Z轴做往复运动，X轴的重复定位精度要求较高，Z轴的重复定位精度次之，X轴采用C3精度级别的滚珠丝杆，100内的导程累积误差±0.008；Z轴采用C5精度级别的滚珠丝杆，100范围内累积误差±0.018。
2.3外圆量仪的设计
采用马波斯E9连续主动测量仪，由于硬质合金的较硬，触点的磨损较快，触点由硬质合金触点改为金刚石触点。量仪安装在工作台上，根据头架的中心高与工作台结构设计量仪支撑座。根据量仪前后移动所需的压力设计了为量仪提供动力的液压站 液压缸驱动量仪前后移动。
2.4电气控制系统的改造方案
原电气均只能进行手动操作，头架主轴、砂轮主轴等均为手工单独操作，需进行改进。
根据磨削工艺流程设计控制系统，采用填空式操作界面，操作者只需填写磨削参数，不需要复杂的编程。基于此采用可编程控制器（PLC）、位控单元、触摸屏作为控制系统，利用PLC的位置控制实现伺服控制的设计方案，从而实现通过人机界面完成参数的设置、画面的调整、NC程序的调用、故障的诊断等控制效果。
4、组装
4.1机械部分安装。伺服电机与滚珠丝杠的安装：根据测量结果，先加工一根轴替代滚珠丝杠。将轴承座固定，然后将替代轴、轴承、联轴器及伺服电机组装，电机端用垫铁临时垫平，然后边测量边调整，使得磨床V形导轨面与替代轴平行度控制在0.2mm以内，确定电机固定螺孔位置并进行钻孔搞攻丝加工，完成后将电机固定在床身上。对丝杠相对V性导轨的平行度进行精确测量，根据测量结果调整电机位置，直到调整床身V导轨面与替代轴平行度在500mm/0.015mm以内，紧固伺服电机与丝杠轴承座，完成X、Y轴的安装。
检查丝杠与导轨的平行度
4.2电气安装。数控系统（数控箱）以操作者操作方便位置，将伺服电机、砂轮电机、主轴电机、水泵电机、液压电机、行程开关等控制线与数控箱内相应的控制触点相连接。主轴启动和停止，通过数控系统中的“M”功能控制。
5、结语
通过对普通外圆磨床进行数控化改造，属于一种创新。改造完成后，采用数控程序控制实现自动进给磨削。程序编制能设定每磨削一定数量的工件自动修整金刚石砂轮，自动补偿（补偿量可自行设定）。修整时分粗修整与精修整，可设定修整次数与修整量。
自动加工时，只需手工上下产品，按循环启动按钮即可自动完成全部动作。改造1台外圆磨费用加上设备本身残值，1台改造好的MGB1420CNC价值为22万元，购买1台新的MGB1420CNC需要32.5万元，1台可节约10.5万元。改造后的机床操作简单，加工产品稳定，实现了一人双机或多机操作，单人效率提高了50%以上，减轻了工人劳动强度，降低了人工成本。
关键词：外圆磨床；数控改造；在线量仪；普通设备；生产效率；伺服驱动
引言
套类零件开发到批量生产以来，粗、精外圆工序一直采用普通外圆磨床（MGB1420、2M9120）进行磨削加工，应该说在当时的特定条件下，基本满足了生产工艺的要求，但随着硬质合金磨削加工技术的进步以及人工成本的大幅度上升，原有加工工艺及装备已不能够满足产品保持深加工技术优势以及产品深加工制造成本控制的要求，普通磨床的装备缺陷凸显。普通磨床只能实现一人一机的手工操作模式，属于劳动密集生产性质，单人生产效率低，人工成本高，同时人为影响因素大，产品加工质量控制不稳定。为了盘活现有陈旧的设备（使用年限大于10年，导轨磨损严重，头架精度严重丧失，加工出产品的圆度较大，外圆0.008mm），实现磨削设备的全面升级与闭环控制，实现一人多机的操作模式，提高产品质量与生产效率，降低制造成本。充分利用老旧、通用设备的重要用途。
1、普通外圆磨床使用现状
普通外圆磨床主要磨削外圆，该磨床的纵向运动通过液动（液压缸推动往复运动）实现，横向移动（切削进给）只能通过摇动进给手轮手动实现。机床使用十多年，导轨、砂轮主轴、头架主轴精度丧失，加工产品圆度、表面光洁度达不到要求。该机床砂轮磨损后的补偿方式，完全是凭人工的经验在一定条件一件加工时增加几丝。动作多而繁琐，职工劳动强度大，生产效率低，产品加工不稳定。
2、自动数控改造方案
2.1机械部分改造方案：由于采用液压进给机械结构比较复杂，而且床身导轨与拖板之间空间也很狭小，液压故障频繁，加工工件不稳定，经多方比较，确定采用数控改造较好，结构简单，数控使用已比较成熟的数控系统。首先将床身内液压部分全部拆除，利用原液压缸固定平面（加工面），作為Z滚珠丝杠轴承座安装面；而进给部分将原来丝杆及顶紧缸拆除，用原来的两个孔加工作为滚珠丝杠的轴承安装孔。
2.2机床传动部分的设计
根据机床工作台的空间与机床磨削产品时的行程、工作台的重量、磨削负荷测量计算，选用（Z轴）长1087mm×直径φ40滚珠丝杠、（X轴）长835mm×直径φ40滚珠丝杠作为传动，两端采用两只7205P4向心角接触轴承背靠背固定在安装座上，电机固定在床身外侧，伺服电机与滚珠丝杠通过一个自制联轴器实现弹性联接（该联轴器一边径向加工剖开，固定方式为螺杆拧紧，使得联轴器与滚珠丝杠轴、电机轴抱紧）。对于MGB1420外圆磨床，X轴用来进刀，Z轴做往复运动，X轴的重复定位精度要求较高，Z轴的重复定位精度次之，X轴采用C3精度级别的滚珠丝杆，100内的导程累积误差±0.008；Z轴采用C5精度级别的滚珠丝杆，100范围内累积误差±0.018。
2.3外圆量仪的设计
采用马波斯E9连续主动测量仪，由于硬质合金的较硬，触点的磨损较快，触点由硬质合金触点改为金刚石触点。量仪安装在工作台上，根据头架的中心高与工作台结构设计量仪支撑座。根据量仪前后移动所需的压力设计了为量仪提供动力的液压站 液压缸驱动量仪前后移动。
2.4电气控制系统的改造方案
原电气均只能进行手动操作，头架主轴、砂轮主轴等均为手工单独操作，需进行改进。
根据磨削工艺流程设计控制系统，采用填空式操作界面，操作者只需填写磨削参数，不需要复杂的编程。基于此采用可编程控制器（PLC）、位控单元、触摸屏作为控制系统，利用PLC的位置控制实现伺服控制的设计方案，从而实现通过人机界面完成参数的设置、画面的调整、NC程序的调用、故障的诊断等控制效果。
4、组装
4.1机械部分安装。伺服电机与滚珠丝杠的安装：根据测量结果，先加工一根轴替代滚珠丝杠。将轴承座固定，然后将替代轴、轴承、联轴器及伺服电机组装，电机端用垫铁临时垫平，然后边测量边调整，使得磨床V形导轨面与替代轴平行度控制在0.2mm以内，确定电机固定螺孔位置并进行钻孔搞攻丝加工，完成后将电机固定在床身上。对丝杠相对V性导轨的平行度进行精确测量，根据测量结果调整电机位置，直到调整床身V导轨面与替代轴平行度在500mm/0.015mm以内，紧固伺服电机与丝杠轴承座，完成X、Y轴的安装。
检查丝杠与导轨的平行度
4.2电气安装。数控系统（数控箱）以操作者操作方便位置，将伺服电机、砂轮电机、主轴电机、水泵电机、液压电机、行程开关等控制线与数控箱内相应的控制触点相连接。主轴启动和停止，通过数控系统中的“M”功能控制。
5、结语
通过对普通外圆磨床进行数控化改造，属于一种创新。改造完成后，采用数控程序控制实现自动进给磨削。程序编制能设定每磨削一定数量的工件自动修整金刚石砂轮，自动补偿（补偿量可自行设定）。修整时分粗修整与精修整，可设定修整次数与修整量。
自动加工时，只需手工上下产品，按循环启动按钮即可自动完成全部动作。改造1台外圆磨费用加上设备本身残值，1台改造好的MGB1420CNC价值为22万元，购买1台新的MGB1420CNC需要32.5万元，1台可节约10.5万元。改造后的机床操作简单，加工产品稳定，实现了一人双机或多机操作，单人效率提高了50%以上，减轻了工人劳动强度，降低了人工成本。