1.引 言
珩磨机由工作台和主轴组成,其中主轴旋转由变频器驱动,其转速需根据工艺要求调整,主轴上、下往复由液压驱动,液压开关控制方向和速度,上、下换向点坐标可以根据所加工的发动机的种类任意修改,并完成往复行程的准确计量。工作台要求根据发动机缸孔位自动控制移动,其中V字形发动机包括平移和旋转两个轴,普通发动机只有平移轴,系统要求能够根据所加工的发动机的种类不同,在中可设置发动机的缸孔数量,每个缸孔的坐标,加料点和出料点坐标,要求在中设置。系统要求按照设定的预珩、粗珩、精珩等时间,主轴往复、旋转、和工作台相互配合工作,达到自动珩磨加工的要求 。坐标要求高精度位置控制。根据珩磨机对的要求,经过反复论证,提出了相
应的控制方案:使用欧姆龙公司的CJ1M-CPU22作为控制核心,这种PLC可控制I/O点数为: 320点,程序容量10K步,基本指令运行时间0.1μs。具有外设口和RS-232C接口,CPU内置10点输入,6点输出。其中输入包含4个中断输入或2个高速输入(单相输入:100kHz或相位差输入:50kHz),输出包含2个脉冲输出100kHz速度控制或PWM输出,内置位控功能。CJ1M具有的功能块功能 ,在程序编制过程中,可以减少相同功能程序的重复劳动。在本系统中完全满足珩磨机的工作需求。根据珩磨机要求。
2.高速
高速端口一接主轴上、下往复部分的旋转,对主轴往复位置用硬件进行计算;旋转选择欧姆龙的E6B2型带A、B相脉冲的旋编,与高速计数端口连接,选择差相输入,可达到四倍频高精度计数。旋编每转的脉冲数选择应考虑到对主轴上、下往复运动的测量精度,并考虑CJ1M的高速输入口单相输入频率低于100kHz,相位差输入时频率应低于50kHz。机械设备应设置固定原点,在需要确定坐标时,主轴到原点对零,并赋初值。上、下换向坐标点通过输入,保存在相应的地址中,为了保证快速换向,使用中断方式,保证到换向点后,CPU优先执行换向程序。在珩磨机工作中,换向指令发出后,到真正换向时,磨头实际达到的位置很难通过常用的测量仪器检测,可以利用高速计数方式把每个扫描周期采集到的坐标值保存到DM区中,反复检测若干个往复周期,依照这些保存下来的数据,可以检测到主轴往复的一致性,每次的过冲量,为换向的设计积累经验,同时为设备的机械设计提供了参考数据。当然编制此测程序时,要删除其他工作程序,力求数据记录程序精炼、简短,以缩小扫描周期,因为换向工作是采用中断方式,这种检测方式基本能够反映磨头实际的换向点坐标。
3.伺服
用1#位置控制端口接平移轴伺服,如果有旋转轴,则用2#位置控制端口连接旋转轴伺服。选择欧姆龙W系列伺服,CJ1M的位置控制输出脉冲最大频率100kHz,在选用时要保证控制精度与工作台运行速度之间的协调统一,缸孔的数量、每个缸孔的坐标、上料点、下料点坐标均通过输入,在CJ1M的位置控制中,要求用户设定原点搜索时操作模式,搜索方向定义以及遇到后的搜索方向,搜索原点时的加、减速度、正常工作时的加、减速度等,这些功能均在CPU中一次性完成设置,在编制程序中不必再考虑这些步骤,简化了程的设计。在程序中需考虑脉冲当量,并据此编制专用功能块程序,将输入的公制坐标转换为脉冲量,并把坐标的脉冲量转换为公制坐标以便正确显示。根据珩磨机的实际工作情况,在CJ1M中采用绝对坐标方式,既可以消除累积误差,也可简化程序,程序设置中除考虑按设定坐标自动工作外,同时要设计手动操作移动工作台的程序,以便操作人员对机床的自由操控。设计为半闭环控制方式,的旋转直接接入到伺服驱动器中,伺服驱动器接收CJ1M发布的位置控制脉冲,并在完成定位后向CJ1M发送定位完成信号,在W系列伺服驱动器中设置控制方式与CJ1M输出完全相同,W系列的电子比在工作中,可以简化脉冲当量的计算,通过简单地设置电子比,可以按照CJ1M所发的脉冲数据控制电机按程序设定的转速曲线到达控制目标点。
4.变频器的控制
CJ1M根据工艺要求计算出电机转速,并转换为变频器的频率值,通过模拟量模块控制变频器的输出频率。变频器选用3G3MV型,使用开环矢量控制方式,电机转速不会因磨头涨紧加大工作力矩而降低转速,可使珩磨时上、下运行的旋转纹路成接近于最佳45°的夹角,以确保产品的质量和含油性能。
5.
选择NS8型,利用CX-Designer软件可以方便制作画面。与CPU的RS-232接口相连,通讯采用NT-link协议,通讯速度可达115kbps。在珩磨机中,具有以下的功能:
⑴用来显示工作台的工作坐标,主轴的工作状态,设置主轴的转速、上下换向点坐标,工作台的工作坐标。粗珩、精珩时间设置,操作工作台搜索零点,珩孔数量及每个珩孔座标设置等。
⑵在中,设定了每个工作参数设置的工作范围,可以防止操作人员输入错误的工作参数,画面可以调用输入键盘,方便操作输入。在重要的参数设置中,可以设置密码,防止无关人员修改数据造成不必要的损失。
⑶利用的界面操作功能,可以替代外部按钮实现工作台的直接操作。在操作过程中可实时显示工作台是否已确立原点坐标系、当前工作坐标,可执行回零操作、单步移动操作,也可快速移动工作台,并显示出左、右极限位置。也可以按设定的绝对坐标一步移动到目标位置,画面设计力求简捷易懂,利用NS系列屏的方便性提高产品的人性化操作。
⑷ 利用的人机交互功能,可以预置一些帮助画面,当操作人员在遇到操作问题时,可以借助画面帮助解决遇到的一些简单问题;相应的报警画面可以对重要的故障报警提示。
6.系统调试
为方便调试,个人电脑通过USB接口与NS8相连,传送画面,PLC通过专用的外设口转RS-232接口的适配器(型号:CS1W-CN118)和RS-232线缆与个人电脑相连,这样在调试设备时,不必频繁插拔通讯电缆,提高调试效率。珩磨机第一次上电后,先设置上的各种加工参数,这些参数保存在PLC的数据存贮器中,失电时由电池保持数据不被丢失,下次上电后,只修改加工件改变的参数,没有变化
的参数不必再修改。开始自动加工后,待加工的发动机件原料从进料点由外部设备移到工作台,由操作人员安装好并开始依次加工每个缸孔,每加工完一个,工作台即移动到下一个孔位,再磨下一个孔,待所有孔位磨完后,工作台移动到出料点,由外部设备运走后,再开始下一台发动机的加工。
7.结束语
该系统结构简单,性能稳定,可靠,在宁夏中卫大河机床有限公司通过实用测试,完全达到设计目标,在中、高端珩磨机的市场中占据了一席之地,由于PLC编程的灵活性,设计师的设计思路可以方便地贯穿到程序中,大河机床几十年来的设计、生产经验,以及国际市场的最新理念在此机床中都得到了体现,其中的功能以及程序设计方便了用户的操作,拓展了市场,在实践中,大河厂完成了诸如:主轴往复的重复精度测量,缸孔直径在线测量,梯形缸孔的自动修形等专题的攻关,经过不断努力,已实现量产,当然这些都属于该厂的知识产权,这里不再赘述。