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)電自動化平臺的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。項目已經(jīng)開發(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)，國產(chǎn)數(shù)控磨床正在發(fā)揮著越來越大的作用。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）對零件淬硬表面做淺深度微量切削加工。磨削時的切削深度很小，在一次行程中所能切除的金屬層很薄。磨具旋轉(zhuǎn)為主運動，工件或磨具的移動為進(jìn)給運動。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，磨削過程歷短到只有萬分之一秒左右。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。
零件加工的時候主要為兩個軸的運動。一個是工件臺軸，另一個為磨架軸；工件臺行進(jìn)靠伺服運動，工件架在工件臺內(nèi)，所以進(jìn)給的尺寸便是磨削的尺寸，工件臺上面安裝著上下料氣缸,磁性卡盤,修整器。磁性卡盤在零件加工的時候用強磁固定零件，進(jìn)料和出料前需要卸磁。修整器與工件臺一起運動，修整器用來修整砂輪尺寸，其倒下抬起由液壓控制。磨架上裝著砂輪，磨架運動也由液壓控制，并由減速閥來控制不同工序時候的運動速度。除了兩個軸運動有關(guān)部件還有些輔助機(jī)構(gòu)如磨削液，潤滑液，量測架等。
3 臺達(dá)外圈滾道磨床電控系統(tǒng)設(shè)計
3.1 總體設(shè)計
高效率是企業(yè)的宗旨，高效率意味著高速度。速度是評定外圈滾道磨床電控系統(tǒng)的重要指標(biāo)。磨床電控項目選用中達(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，大大的提高了每個工件的生產(chǎn)速度，基本每個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現(xiàn)，充分利用觸摸屏信息量巨大的互動對話優(yōu)勢，加上配方和報警智能化管理功能，更有直觀性，觸摸屏還上顯示了每個步驟的狀態(tài)和時間以便作為參考調(diào)整，使得零件加工盡量不在手動控制下操作，大部分加工步驟都有嚴(yán)格順序，當(dāng)出現(xiàn)非報警的緊急情況，可以用緊急復(fù)位按鈕，系統(tǒng)會轉(zhuǎn)入迅速的安全退出流程。電控面板設(shè)計如圖1所示。
3.2 臺達(dá)電控系統(tǒng)配置設(shè)計
基于臺達(dá)系統(tǒng)配型為：
?。?）PLC:DVP40EH00T2(40點主機(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點擴(kuò)充機(jī)，16點入，16點出（繼電器），AC電源)；
?。?）變頻器：VFD022M43A（?迷你型靜音7段速控制及簡易PLC自動程序運轉(zhuǎn)，高速通訊接口，自動加減速最佳化控制功能）；
?。?）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)計者在程序開發(fā)階段進(jìn)行程序編輯與除錯；支持SMC Card存取人機(jī)資料；符合IP65＆NEMA4規(guī)格；7MB FM）；
?。?） 交流伺服驅(qū)動器：ASD－B1521（交流伺服驅(qū)動器內(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
圖2為自動流程框圖，自動運行條件若滿足，按啟動 機(jī)臺便在自動運行中循環(huán)運轉(zhuǎn)，直到按停止進(jìn)入停止流程，或者出現(xiàn)重要報警或緊急復(fù)位時自動運行終止。
圖2 自動加工流程
3.4 PLC I/O接口定義
3.5 工件臺伺服控制運動曲線
伺服控制的運動直接影響到成品規(guī)格和質(zhì)量。圖3是交流伺服驅(qū)動器：ASD－B1521伺服所拖動的工件臺的運動曲線。每個步驟的速度和量根據(jù)實際的材料或尺寸不同會有所改變，達(dá)到快速高效又要精準(zhǔn)。
圖3 工件臺伺服控制運動曲線
3.4 砂輪磨損自動補償
磨床砂輪（刀具）自動化修整是重要并且是必要的數(shù)控功能。砂輪在連續(xù)磨削零件的時候，砂輪本身也會被磨損，尺寸會發(fā)生變化，所以在自動磨零件得時候需加入砂輪的技術(shù)性修整（自動磨好若干個零件后修整一次砂輪），砂輪的尺寸變化，零件的磨削起點也得跟著變化，正常情況下，砂輪會修整到磨損砂輪直徑的時候自動運轉(zhuǎn)停止，提示換新砂輪。除了自動過程中的技術(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。砂輪磨損自動補償流程如圖4所示。
圖4 砂輪磨損補償流程
4 結(jié)束語
外圈滾道磨床項目已經(jīng)在無錫某磨床廠開發(fā)成功。項目采用中達(dá)產(chǎn)品及自動化方案生產(chǎn)了多種型號的磨床，并以出售各地，運行狀況良好。實踐證明中達(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。
