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        PLC在軸承磨床上的應(yīng)用
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        摘要:本文介紹了PLC,特別是其伺服定位模塊在軸承磨削加工中的應(yīng)用。另外,還介紹了該伺服定位模塊的G代碼編程,該語言具有功能強(qiáng)大、調(diào)試方便的特點(diǎn)。

        This paper introduce the application of koyo PLC ,especially it’s servo control module in bearing grinding machine.Also,we introduce the G-code program of the module,the G code program provides high performance and we can use it easily.

        關(guān)鍵字:軸承磨削、伺服、G代碼、PLC
        bearing grinding servo control system G code PLC



        1.引言:
          隨著我國機(jī)械裝備、汽車工業(yè)等行業(yè)的快速發(fā)展,我們對軸承加工設(shè)備,尤其是高精度、高效率、高可靠性的軸承磨床需求量十分龐大。軸承,作為機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)件,其加工設(shè)備的重要性非常突出。目前,我們國家的軸承加工設(shè)備相對存在加工精度差,重復(fù)精度不高、生產(chǎn)效率低的問題,生產(chǎn)的軸承和國外品牌有相當(dāng)大的差距。以小型球軸承加工設(shè)備為例,有許多個體企業(yè)還在使用手工作業(yè)生產(chǎn),這從側(cè)面說明了我們在設(shè)備的自動化控制方面還有許多工作要做。當(dāng)然,軸承設(shè)備的機(jī)械加工精度要求很高,在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)一套優(yōu)秀的自動控制系統(tǒng)及其控制軟件非常重要。筆者在參與某集團(tuán)公司的新型軸承自動化生產(chǎn)線的研制過程中,引進(jìn)光洋電子的伺服控制模塊,成功設(shè)計(jì)出了一套新的軸承磨床控制系統(tǒng)并完成系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。值的一提的是,光洋(KOYO)精工是日本的軸承生產(chǎn)龍頭企業(yè)之一,其軸承磨削的自動化控制確有其獨(dú)到之處。

        2.工作原理及控制要求:
          以RF-3MZ203小型軸承內(nèi)圓磨為例,其機(jī)械結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵在于磨削進(jìn)給機(jī)構(gòu),一般采用直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠總成。加工時,工件(軸承套圈)高速旋轉(zhuǎn),磨削進(jìn)給機(jī)構(gòu)控制砂輪精確運(yùn)動,進(jìn)行磨削加工。所以,磨削進(jìn)給的控制精度十分重要,這里采用安川的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)控制。

        磨削進(jìn)給機(jī)構(gòu)示意圖如下

        該磨床自動化控制的總體要求是
        (1) 開關(guān)量輸入64點(diǎn),開關(guān)量輸出24點(diǎn)。
        (2) 采用伺服定位模塊控制安川的交流伺服系統(tǒng)。由于內(nèi)圓磨床磨削加工時有測抓在線測量,所以需要構(gòu)成全閉環(huán)伺服控制。加工效率高,要求伺服系統(tǒng)有良好的高速響應(yīng)能力;加工精度高,要求伺服系統(tǒng)有良好的剛性,以及優(yōu)秀的低速性能?傮w上要求伺服系統(tǒng)在高、低極限都能達(dá)到良好的性能。加工精度達(dá)到1μm
        (3) PLC控制多臺變頻器。
        (4) 采用觸摸式人機(jī)界面,操作直觀方便,界面友好。
        (5) 具備PLC總線連接能力,可以進(jìn)行整條生產(chǎn)線的聯(lián)網(wǎng)控制。

        3.控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì):
           根據(jù)上述控制要求,PLC選擇光洋電子的SU系列,變頻器和交流伺服選擇安川的產(chǎn)品,觸摸屏選用光洋電子的GC-55EM2,共同組成磨削自動控制系統(tǒng)。選擇光洋PLC主要是因?yàn)槠渲械腢-01SP單軸伺服控制模塊可以與交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)良好的配合,達(dá)到優(yōu)良的高、低速性能,而且伺服電機(jī)的編碼器信號直接反饋到該模塊,測抓反饋的中斷控制信號也直接反饋到該模塊,從而構(gòu)成真正意義上的閉環(huán)控制。該模塊在光洋精工已經(jīng)得到長期應(yīng)用。安川的交流伺服剛性好,技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量穩(wěn)定,用于軸承加工設(shè)備非常合適;其變頻器具備MODBUS總線,由于光洋電子的SU系列CPU模塊的通訊口已經(jīng)內(nèi)置MODBUS協(xié)議,所以可以采用通訊方式控制多臺變頻,相比原先類似系統(tǒng)采用的模擬量輸出控制簡化了PLC硬件配置從而大幅節(jié)約了成本。值得一提的是SU-5M通訊功能強(qiáng)大,CPU自身具備3個通訊口,分別用于觸摸屏通訊、變頻器通訊、總線控制,而不需要單獨(dú)的通訊模塊,對提高配置的性價(jià)比起到了十分關(guān)鍵的作用。
        系統(tǒng)示意圖如下:

        U-01SP與交流伺服配線圖如下:

        4.控制軟件設(shè)計(jì):
           軸承磨削的工藝十分復(fù)雜,磨削的方式有多種。本磨床主要是通過控制磨架的前后運(yùn)動與砂輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)相配合,完成磨削過程?刂频囊c(diǎn)在于磨削進(jìn)給機(jī)構(gòu)的動作,也就是伺服系統(tǒng)的控制。本系統(tǒng)中的U-01SP可以用類似CNC的G代碼控制,從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)。利用這套系統(tǒng),我們實(shí)現(xiàn)了電氣原點(diǎn)的手動設(shè)置、手動調(diào)整模式與自動運(yùn)行模式的切換、單次運(yùn)行(半自動)與連續(xù)自動運(yùn)行的自由切換、砂輪的各種修正模式、以及順序復(fù)位(按機(jī)床動作流程,到需要返回時按原先已經(jīng)動作的順序反方向倒退回初始狀態(tài)。因?yàn)闄C(jī)床的各部件動作需要錯開,同時復(fù)位會造成碰撞)。U-01SP與PLC的信息交換通過該模塊占用的輸入輸出點(diǎn)進(jìn)行。其對應(yīng)關(guān)系見下表

         
          程序控制分為兩部分,CPU內(nèi)的主程序?yàn)閭鹘y(tǒng)的PLC梯形圖程序,該程序采用光洋的級式語言編程,依據(jù)工藝流程圖編寫,結(jié)構(gòu)明晰、調(diào)試方便;U-01SP內(nèi)下載伺服控制程序,整個磨削過程及砂輪修正程序均包含在G代碼伺服程序內(nèi)。當(dāng)PLC主程序需要調(diào)用伺服程序時,只需要控制U-01SP的對應(yīng)輸出繼電器即可。如啟動自動運(yùn)行,只需將Qn+02輸出為ON;如啟動手動反轉(zhuǎn),將Qn+03置為ON即可,伺服運(yùn)行時In+02為ON顯示伺服系統(tǒng)運(yùn)行中(BUSY)。限于篇幅,詳細(xì)的工藝流程圖在此無法展開,這里給出砂輪修正部分的PLC程序示例:

        G代碼編程介紹:
          由于U-01SP伺服定位模塊的類CNC的G代碼具有編程方便、功能強(qiáng)大、調(diào)試直觀、易于學(xué)習(xí)等許多優(yōu)點(diǎn),在此作簡單說明。

        (1)定位控制命令的基本格式:
        N100 G00 X500 F3000
        其中N100為程序標(biāo)號,G00為命令碼,X500代表定位位置,F(xiàn)3000表示定位速度。
        (2)常用G代碼命令


          在實(shí)際使用中,帶中斷的定位非常有用。例如在測抓工作時,如果測抓檢測到磨削尺寸已經(jīng)到達(dá)設(shè)定值,立刻發(fā)出中斷信號,U-01SP接收到該信號立即發(fā)出停止指令給伺服系統(tǒng)。

        編程舉例如下:
        G05為連續(xù)定位,按設(shè)定的位置、速度進(jìn)行連續(xù)定位
        N10。0 5 X500  F500
        N11。0 5。兀保埃埃啊。疲常埃
        N12 G0 0。兀保担埃啊。疲玻埃
        G25為帶中斷的連續(xù)定位,在到達(dá)目標(biāo)值前有中斷信號則立即進(jìn)行下面的定位
        N10。牵玻怠。兀担埃啊 。疲担埃
        N11。牵玻怠。兀保埃埃啊。疲常埃
        N12。牵玻丁。兀保担埃啊。疲玻埃

        下面的2個示意圖顯示了兩者的差別。


          當(dāng)然,常用的G代碼命令還有很多,限于篇幅就不一一例舉了。
        實(shí)際運(yùn)行的伺服程序采用可設(shè)定的寄存器,還要進(jìn)行PLC、觸摸屏、伺服模塊間的數(shù)據(jù)傳送;同時,要根據(jù)不同的工藝要求進(jìn)行程序跳轉(zhuǎn);甚至可以在同一個程序內(nèi)進(jìn)行坐標(biāo)系的切換(絕對/相對坐標(biāo)系)。一般來說,采用U-01SP的G代碼編程,可以節(jié)省數(shù)K空間的PLC程序,對于編程、調(diào)試、維護(hù)帶來的便利性不言而喻。

          軸承磨削的伺服進(jìn)給過程主要是:
        快進(jìn) 黑皮 粗磨 精磨 光磨 尺寸到(測抓中斷)
        這里給出一個相應(yīng)的G代碼程序做參考
        G60 #M102=K1 N150
        N10 G00 X(D0) F9800
        N20 G91
        N30 G05 X(D1) F9800
        N40 G25 X(D2) F(D3)
        N50 G25 X(D4) F(D5)
        N60 G26 X(D6) F(D7)
        D24=D9
        D20=K0-D8
        N70 G00 X(D20) F(D24)
        M10
        G61 Q13=K1
        N80 G26 X(D10) F(D11)
        D22=K0-D12
        N90 G00 X(D22) F(D24)
        G60 #M101=K0 N110
        N100 G26 X(D14) F(D15)
        G75 N120
        N110 G04 K(D13)
        N120 G90
        N150 G00 X(D0) F9800
        #M102=K0
        N200 END


        結(jié)束語:
          說到CNC數(shù)控系統(tǒng),相信許多人對G代碼編程是非常熟悉的,但是在PLC系統(tǒng)中融合G代碼編程的產(chǎn)品目前在國內(nèi)并不普及。我們的這套系統(tǒng)自2000年在國內(nèi)首次投產(chǎn)距今已接近5年時間,用戶反映質(zhì)量穩(wěn)定,使用便利。值得一提的是我們的這套系統(tǒng)走出了伺服電機(jī)最低轉(zhuǎn)速每分鐘0.1轉(zhuǎn)以下的極限!如此低的速度在光磨時有著重要的意義,因?yàn)楣饽r需要的就是非常低的磨削速度,以逼近無進(jìn)給磨削狀態(tài),可以達(dá)到極高的磨削精度。事實(shí)上,用戶利用我們的PLC系統(tǒng)和三菱的專用CNC系統(tǒng)做了比較,磨削后工件的測量結(jié)果表明,采用PLC系統(tǒng)的磨削精度、加工的重復(fù)精度完全達(dá)到專用CNC系統(tǒng)的水準(zhǔn)。從這一點(diǎn)來說,這套PLC系統(tǒng)有著良好的性能和特點(diǎn):它將PLC的控制和高性能的伺服定位控制結(jié)合在一起,提供了PLC的易用性和CNC的高性能,具有很好的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

         

        狀 態(tài): 離線

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        供應(yīng)信息

        公司名稱: 光洋電子(無錫)有限公司
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