摘 要：本文主要介紹外圈滾道磨床詳細(xì)工藝和基于中達(dá)機(jī)電自動(dòng)化平臺(tái)的plc控制、交流伺服控制、變頻器、觸摸屏的磨床數(shù)控系統(tǒng)集成。項(xiàng)目已經(jīng)開(kāi)發(fā)成功投入商品化應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：伺服 滾道磨床
1 引言
磨床是金屬冷加工行業(yè)的重要工作母機(jī)。隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械零件的加工精度及表面粗糙度的要求日益提高，磨削加工顯得更加重要。在汽車、電力、船舶、冶金、軍工、航空航天等行業(yè)，國(guó)產(chǎn)數(shù)控磨床正在發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。外圓磨床是使用的最廣泛的，能加工各種圓柱形和圓錐形外表面及軸肩端面的磨床。萬(wàn)能外圓磨床還帶有內(nèi)圓磨削附件，可磨削內(nèi)孔和錐度較大的內(nèi)、外錐面。外圓磨床的自動(dòng)化程度高低界定磨床的加工效率從而決定了磨床的加工規(guī)模。
2 磨削工藝
磨床屬于金屬工件表面精密加工機(jī)床。磨床基本原理是用砂輪或油石（刃具）對(duì)零件淬硬表面做淺深度微量切削加工。磨削時(shí)的切削深度很小，在一次行程中所能切除的金屬層很薄。磨具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，工件或磨具的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。磨床加工精度高、表面粗糙度Ra值小。磨削加工是應(yīng)用廣泛的切削加工方法，由于獨(dú)具的磨削結(jié)構(gòu)原理，使得磨床與其它金屬冷加工機(jī)床相比最大的特點(diǎn)是切削速度高達(dá)每秒可達(dá) 30m～50m，磨削溫度可達(dá)1000”C～1500oC，磨削過(guò)程歷短到只有萬(wàn)分之一秒左右。因此磨削加工可以獲得較高的加工精度和很小的表面粗糙度值。磨削不但可以加工軟材料，如未淬火鋼、鑄鐵和有色金屬等，而且還可以加工淬火鋼及其他刀具不能加工的硬質(zhì)材料如陶瓷與硬質(zhì)合金等。
零件加工的時(shí)候主要為兩個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)。一個(gè)是工件臺(tái)軸，另一個(gè)為磨架軸；工件臺(tái)行進(jìn)靠伺服運(yùn)動(dòng)，工件架在工件臺(tái)內(nèi)，所以進(jìn)給的尺寸便是磨削的尺寸，工件臺(tái)上面安裝著上下料氣缸,磁性卡盤(pán),修整器。磁性卡盤(pán)在零件加工的時(shí)候用強(qiáng)磁固定零件，進(jìn)料和出料前需要卸磁。修整器與工件臺(tái)一起運(yùn)動(dòng)，修整器用來(lái)修整砂輪尺寸，其倒下抬起由液壓控制。磨架上裝著砂輪，磨架運(yùn)動(dòng)也由液壓控制，并由減速閥來(lái)控制不同工序時(shí)候的運(yùn)動(dòng)速度。除了兩個(gè)軸運(yùn)動(dòng)有關(guān)部件還有些輔助機(jī)構(gòu)如磨削液，潤(rùn)滑液，量測(cè)架等。
3 臺(tái)達(dá)外圈滾道磨床電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 總體設(shè)計(jì)
高效率是企業(yè)的宗旨，高效率意味著高速度。速度是評(píng)定外圈滾道磨床電控系統(tǒng)的重要指標(biāo)。磨床電控項(xiàng)目選用中達(dá)EH2系列高速PLC和ASD系列交流伺服系統(tǒng)，在安全精準(zhǔn)的前提下在程序結(jié)構(gòu)上做了優(yōu)化，大大的提高了每個(gè)工件的生產(chǎn)速度，基本每個(gè)零件的加工速度控制在6－7秒以內(nèi)。電控面板上僅僅設(shè)置少量的必要按鈕，其它大部分操作在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)，充分利用觸摸屏信息量巨大的互動(dòng)對(duì)話優(yōu)勢(shì)，加上配方和報(bào)警智能化管理功能，更有直觀性，觸摸屏還上顯示了每個(gè)步驟的狀態(tài)和時(shí)間以便作為參考調(diào)整，使得零件加工盡量不在手動(dòng)控制下操作，大部分加工步驟都有嚴(yán)格順序，當(dāng)出現(xiàn)非報(bào)警的緊急情況，可以用緊急復(fù)位按鈕，系統(tǒng)會(huì)轉(zhuǎn)入迅速的安全退出流程。電控面板設(shè)計(jì)如圖1所示。
3.2 臺(tái)達(dá)電控系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)
基于臺(tái)達(dá)系統(tǒng)配型為：
（1）PLC:DVP40EH00T2(40點(diǎn)主機(jī)，24DI/16DO(繼電器),4路200K輸入/輸出AC電源)；
（2）PLC擴(kuò)展單元：DVP32HP00R(32點(diǎn)擴(kuò)充機(jī)，16點(diǎn)入，16點(diǎn)出（繼電器），AC電源)；
（3）變頻器：VFD022M43A（?迷你型靜音7段速控制及簡(jiǎn)易PLC自動(dòng)程序運(yùn)轉(zhuǎn)，高速通訊接口，自動(dòng)加減速最佳化控制功能）；
（4）真彩色觸摸屏：AE10THTD（10.4" 高亮度 512K bytes SRAM自帶3通訊口聯(lián)機(jī)功能，可同時(shí)連接3種不同通訊格式的控制器，架構(gòu)多 機(jī)聯(lián)機(jī)網(wǎng)絡(luò)； 背部提供功能卡插槽，支持打印機(jī)，后續(xù)開(kāi)發(fā)其他擴(kuò)充功能卡； 創(chuàng)新的在線/離線模擬功能，方便設(shè)計(jì)者在程序開(kāi)發(fā)階段進(jìn)行程序編輯與除錯(cuò)；支持SMC Card存取人機(jī)資料；符合IP65＆NEMA4規(guī)格；7MB FM）；
（5） 交流伺服驅(qū)動(dòng)器：ASD－B1521（交流伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置PID控制，工頻切換順序，停電減速停止控制等功能）。
3.3 數(shù)控加工流程設(shè)計(jì)
圖2為自動(dòng)流程框圖，自動(dòng)運(yùn)行條件若滿足，按啟動(dòng) 機(jī)臺(tái)便在自動(dòng)運(yùn)行中循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，直到按停止進(jìn)入停止流程，或者出現(xiàn)重要報(bào)警或緊急復(fù)位時(shí)自動(dòng)運(yùn)行終止。
圖2 自動(dòng)加工流程
3.4 PLC I/O接口定義
3.5 工件臺(tái)伺服控制運(yùn)動(dòng)曲線
伺服控制的運(yùn)動(dòng)直接影響到成品規(guī)格和質(zhì)量。圖3是交流伺服驅(qū)動(dòng)器：ASD－B1521伺服所拖動(dòng)的工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng)曲線。每個(gè)步驟的速度和量根據(jù)實(shí)際的材料或尺寸不同會(huì)有所改變，達(dá)到快速高效又要精準(zhǔn)。
圖3 工件臺(tái)伺服控制運(yùn)動(dòng)曲線
3.4 砂輪磨損自動(dòng)補(bǔ)償
磨床砂輪（刀具）自動(dòng)化修整是重要并且是必要的數(shù)控功能。砂輪在連續(xù)磨削零件的時(shí)候，砂輪本身也會(huì)被磨損，尺寸會(huì)發(fā)生變化，所以在自動(dòng)磨零件得時(shí)候需加入砂輪的技術(shù)性修整（自動(dòng)磨好若干個(gè)零件后修整一次砂輪），砂輪的尺寸變化，零件的磨削起點(diǎn)也得跟著變化，正常情況下，砂輪會(huì)修整到磨損砂輪直徑的時(shí)候自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)停止，提示換新砂輪。除了自動(dòng)過(guò)程中的技術(shù)性修整，連續(xù)修整也是必要的，連續(xù)修整可以讓砂輪直接修整至指定尺寸。砂輪磨損自動(dòng)補(bǔ)償流程如圖4所示。
圖4 砂輪磨損補(bǔ)償流程
4 結(jié)束語(yǔ)
外圈滾道磨床項(xiàng)目已經(jīng)在無(wú)錫某磨床廠開(kāi)發(fā)成功。項(xiàng)目采用中達(dá)產(chǎn)品及自動(dòng)化方案生產(chǎn)了多種型號(hào)的磨床，并以出售各地，運(yùn)行狀況良好。實(shí)踐證明中達(dá)整合產(chǎn)品足以滿足系統(tǒng)控制要求并能充分發(fā)揮設(shè)備性能。
中達(dá)電通股份有限公司 鄧瑜平
