喬俊杰，任德志

(河南科技大學(xué)，河南 洛陽(yáng) 471003)

國(guó)產(chǎn)D51系列立式輾環(huán)機(jī)一直采用人工操作的方式加工軸承套圈[1]，該設(shè)備對(duì)操作工人的經(jīng)驗(yàn)要求非常高，且勞動(dòng)環(huán)境差、強(qiáng)度較大。由于產(chǎn)品尺寸不穩(wěn)定，需要通過(guò)外加整形機(jī)進(jìn)行尺寸矯正。

為保證小型立式輾環(huán)機(jī)的加工精度，提高產(chǎn)品加工效率，在D51Y-160E型液壓手動(dòng)輾環(huán)機(jī)的基礎(chǔ)上研制出D51KY-160E型立式數(shù)控輾環(huán)機(jī)，其結(jié)合軸承套圈熱輾擴(kuò)工藝的實(shí)際情況，采用PLC控制液壓伺服比例閥的方式推動(dòng)主滑塊進(jìn)給，采用光柵尺主動(dòng)測(cè)量輾擴(kuò)過(guò)程中軸承套圈尺寸變化，全自動(dòng)化生產(chǎn)，不需要人工干預(yù)，保證了工件的輾擴(kuò)精度和零件尺寸穩(wěn)定。下文主要對(duì)該設(shè)備的控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

1 硬件構(gòu)成

D51YK-160E數(shù)控輾環(huán)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，控制系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。

1—伺服油缸；2—滑塊；3—滑塊光柵尺；4—輾壓輪；5—芯軸；6—推力輪；7—套圈；8—信號(hào)輪；9—測(cè)量光柵尺

圖2 控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)框圖

控制系統(tǒng)主要由PLC、觸摸屏、伺服比例閥放大器、光柵尺、高速計(jì)數(shù)模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊等組成。PLC作為整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)算處理中心，按照觸摸屏設(shè)定的工藝參數(shù)負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)加工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊完成對(duì)電液比例閥的實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸行程位置的控制，并通過(guò)編碼器接口控制獲得運(yùn)動(dòng)位置反饋信息。利用光柵尺主動(dòng)測(cè)量輾擴(kuò)過(guò)程中套圈尺寸實(shí)時(shí)變化狀況，當(dāng)尺寸達(dá)到產(chǎn)品預(yù)設(shè)值時(shí)，開(kāi)始整圓。

PLC采用三菱公司FX3U-80MT小型高速邏輯可編程控制器，具有高速的運(yùn)算速度和豐富的運(yùn)算指令，還具有模擬控制、運(yùn)動(dòng)控制、高速計(jì)數(shù)等專(zhuān)用模塊[2]。觸摸屏采用臺(tái)灣威綸公司的MT8010IE型10 in觸摸屏，為65K真彩顯示屏，支持配方存儲(chǔ)，使用簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比高。比例伺服閥采用意大利阿托斯DLHZO-TE-040-T型非線(xiàn)性比例伺服閥，具有高精度、高響應(yīng)、帶閥芯位置閉環(huán)反饋等優(yōu)點(diǎn)[3]，能根據(jù)輸入指令模擬電壓的變化快速調(diào)整伺服比例閥的流量，進(jìn)而快速調(diào)整輾壓輪的進(jìn)給速度。

2 I/O分配

D51KY-160E型數(shù)控輾環(huán)機(jī)I/O口主要有數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出和高速計(jì)數(shù)5種。

按鈕輸入信號(hào)、檢測(cè)輸入信號(hào)、電磁閥輸出信號(hào)分配分別見(jiàn)表1～表3。

表1 按鈕輸入信號(hào)分配表

表2 檢測(cè)輸入信號(hào)分配表

表3 電磁閥輸出信號(hào)分配表

模擬量輸入模塊(FX3U-4AD)輸入點(diǎn)為V+，VI-，分別為伺服油缸液壓壓力+和伺服油缸液壓壓力-。模擬量輸出模塊(FX3U-4DA)輸入點(diǎn)為V+，VI-，分別為伺服比例閥控制信號(hào)+和伺服比例閥控制信號(hào)-。

高速計(jì)數(shù)模塊FX3U-1HC-ADP(信號(hào)輪光柵尺)分配見(jiàn)表4。

表4 高速計(jì)數(shù)輸入信號(hào)分配表

比例伺服閥和光柵尺測(cè)量信號(hào)電氣原理分別如圖3和圖4所示。

圖3 比例伺服閥控制電氣原理圖

圖4 光柵尺測(cè)量信號(hào)電氣原理圖

3 控制程序編寫(xiě)

3.1 PLC調(diào)用子程序及抑制零漂程序

比例伺服閥PLC輸出模擬量控制信號(hào)采用調(diào)用子程序的命令，根據(jù)配方參數(shù)在自動(dòng)加工過(guò)程中輸出不同的模擬信號(hào)控制比例伺服閥，進(jìn)而不斷改變油缸進(jìn)給速度。由于比例伺服閥受到油溫的影響會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，在控制程序中采用中斷的方式用鎖零程序來(lái)抑制零漂，防止在給定“零”信號(hào)的時(shí)候，滑塊由于比例伺服閥的零漂引起誤動(dòng)作。鎖零程序如圖5所示。

圖5 比例伺服閥鎖零程序梯形圖

3.2 觸摸屏參數(shù)編輯

觸摸屏參數(shù)編輯輸入界面如圖6所示。

圖6 觸摸屏參數(shù)輸入界面

4 試驗(yàn)結(jié)果

以圓錐滾子軸承572外圈毛坯為例，其外徑為142 mm，寬度為31.2 mm。產(chǎn)品試制效率為每分鐘12件，批量生產(chǎn)2 000件，隨機(jī)抽取200件測(cè)量外徑尺寸和圓度，結(jié)果表明，圓度和外徑散差都能控制在0.5 mm以?xún)?nèi)，產(chǎn)品尺寸精度完全滿(mǎn)足工藝要求。