孔 艷 鄒華海 苗衛(wèi)博 盧帥旗

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運(yùn)動控制器在立軸雙端面磨床上的應(yīng)用

孔 艷 鄒華海 苗衛(wèi)博 盧帥旗

（新鄉(xiāng)日升數(shù)控軸承裝備股份有限公司 河南新鄉(xiāng) 453700）

通過安川MP2310運(yùn)動控制器的使用，并結(jié)合MECHATROLINK-II網(wǎng)絡(luò)和AC伺服驅(qū)動器∑-V構(gòu)建3軸定位系統(tǒng)、與A1000變頻器連接進(jìn)行3軸旋轉(zhuǎn)控制，在Proface人機(jī)界面通訊組成了一套控制系統(tǒng)，制作出高精度、高效加工的立軸雙端面磨床。介紹了該設(shè)備的加工原理及部件構(gòu)成、電氣系統(tǒng)構(gòu)成、動作控制和軟件設(shè)計的要點(diǎn)。

運(yùn)動控制器 交流伺服 變頻器 人機(jī)界面 立軸雙端面磨床

1 立軸雙端面磨床簡述

MK7735型立軸雙端面磨床是一種自動、高效的平面磨床，工件通過旋轉(zhuǎn)的載盤帶動，進(jìn)入到有適當(dāng)角度的上、下砂輪盤之間，對工件的兩個平行平面進(jìn)行一次貫穿式高精密磨削。該機(jī)床可以對高精密軸承套圈、各種密封件、活塞環(huán)、量刃具、硬質(zhì)合金刀片、陶瓷閥芯等產(chǎn)品進(jìn)行雙面磨削加工。

機(jī)床主要包括上磨頭、下磨頭，轉(zhuǎn)動載盤、砂輪修整器、上料結(jié)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)六個部分。上下磨頭砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動由電機(jī)通過一對同步齒形帶輪帶動主軸旋轉(zhuǎn)，變頻無級調(diào)速提供加工所需的工藝轉(zhuǎn)速；上下砂輪的進(jìn)給運(yùn)動由伺服電機(jī)通過精密蝸輪蝸桿減速機(jī)與滾珠絲杠相聯(lián)接，進(jìn)行上下移動精確定位，保證零件的加工尺寸；載盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動由伺服電機(jī)通過蝸輪蝸桿減速驅(qū)動，并根據(jù)加工數(shù)量精確定位與自動上料機(jī)構(gòu)推進(jìn)的工件位置一一對應(yīng)；工件的進(jìn)料由振動上料機(jī)將工件按順序傳入到進(jìn)料道，再由氣缸帶動滑板推動工件精確進(jìn)入載盤上的工件開孔，實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動上下料，高效磨削的流水作業(yè)；修整是由修整電機(jī)帶著裝有修整塊的裝置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，對上下主軸所帶動的CBN砂輪進(jìn)行修整；冷卻系統(tǒng)可以減少工件因加工發(fā)熱引起的變形，提高設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定加工能力及工件加工精度。

2 控制系統(tǒng)概述

機(jī)床采用安川工控MP2310運(yùn)動控制器，通過MECHATROLINK-II網(wǎng)絡(luò)和AC伺服驅(qū)動器∑-V構(gòu)建3軸絕對位置定位系統(tǒng)，與A1000變頻器連接進(jìn)行3軸旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，再經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)與 Proface人機(jī)界面通訊組成了一套控制系統(tǒng)。人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)了整機(jī)動作的按鈕操作、位置設(shè)定和顯示、工作參數(shù)修改及設(shè)定、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、報警或提示信息顯示等功能，系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)構(gòu)成圖

控制系統(tǒng)選用通信模塊2171F-01、LIO-01輸入輸出模塊（內(nèi)置高速計數(shù)功能）、LIO-04輸入輸出模塊，將通訊模塊及I/O模塊安裝到運(yùn)動控制器MP2310基體上，再將MP2310、伺服控制器、變頻器的電源接好，連接伺服單元、變頻器與各電機(jī)，再用MECHATROLINK-II通訊電纜連接各伺服驅(qū)動器和變頻器，設(shè)定好各驅(qū)動單元的站號，這樣一個系統(tǒng)就搭建完成了。通電后對MP2310使用自動配置，可以自動識別運(yùn)動控制器上安裝的模塊以及MECHATROLINK-II上設(shè)備信息，自動設(shè)定I/O寄存器與各電機(jī)的參數(shù)，省去了人工分配存儲器的麻煩，縮短了啟動時間。

3 動作控制

機(jī)床控制分為手動和自動兩種模式，自動模式又分為修整加工和研磨加工兩種方式。

3.1 “手動模式”的操作、控制

（1）選擇“運(yùn)轉(zhuǎn)模式”：半自動、進(jìn)給、微進(jìn)給三種模式?！鞍胱詣印笔菆?zhí)行一次一直走到原點(diǎn)位或給定的基準(zhǔn)位置或執(zhí)行載盤的旋轉(zhuǎn)角度；“微進(jìn)給”是執(zhí)行一次走一個單位的值；“進(jìn)給”是點(diǎn)動進(jìn)行，沒有具體進(jìn)給值。

（2）選擇“微進(jìn)給”：進(jìn)給距離分為0.1 mm、0.01 mm、0.001 mm。

（3）選擇“進(jìn)給速度”：分為高速、中速、低速，高中低速與所設(shè)定基準(zhǔn)速度值比值為1、1/10，1/100。

（4）選擇“運(yùn)行方向”:“上升”或“下降”，正向或反向。

（5）按“雙手執(zhí)行鍵”，執(zhí)行以上選定的參數(shù)。

以上操作主要是在人機(jī)界面上操作執(zhí)行，也可啟用手輪脈沖發(fā)生器，用手搖輪對上下軸的進(jìn)給位置進(jìn)行控制。機(jī)床所有的動作均為先選定需要執(zhí)行的命令，再雙手操作執(zhí)行，最大限度保障人身安全。

3.2 “運(yùn)轉(zhuǎn)界面”為修整或研磨的循環(huán)動作

1）修整加工，使CBN砂輪面生成磨粒

機(jī)床砂輪的修整是通過裝在砂輪夾盤圓周面的修整塊的旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行的，可先在“手動”模式下，對砂輪修整選擇“點(diǎn)動旋轉(zhuǎn)”。

先用固定螺栓固定鎖緊塊，安裝好10個砂輪塊，再在“修整設(shè)定”界面上設(shè)定修整基準(zhǔn)位置，輸入修整周期、修整旋轉(zhuǎn)/周期、補(bǔ)償/周期、砂輪修整極限值等數(shù)據(jù)，檢查機(jī)床各項(xiàng)保護(hù)及限位開關(guān)均在正常加工狀態(tài)后，按下“循環(huán)啟動”按鈕，將自動到達(dá)修整基準(zhǔn)位置，按照設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動補(bǔ)償修整。當(dāng)累計消耗到修整砂輪塊的極限壽命時會提示換修整砂輪塊。

2）研磨加工，連續(xù)加工工件

選擇“研磨”模式對工件進(jìn)行加工。首先設(shè)定研磨速度和每盤研磨工件數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)工件數(shù)量和轉(zhuǎn)速自動確定進(jìn)料的快慢，使工件與工裝的開孔位置一一對應(yīng)；調(diào)整步驟為：微調(diào)載盤起始位，使工件準(zhǔn)確對應(yīng)到載盤工位的中心，確保加工時會工件的推入不會影響到載盤的運(yùn)行；確定研磨基準(zhǔn)；檢查機(jī)器是否在正常加工狀態(tài)，按下“循環(huán)啟動”按鈕，將自動開始加工。在加工過程中，因?yàn)镃BN砂輪的損耗，需要進(jìn)行補(bǔ)償，可以手動補(bǔ)償，也可以設(shè)定數(shù)據(jù)，進(jìn)行自動補(bǔ)償。

加工過程中可以對加工數(shù)量、加工坐標(biāo)、當(dāng)前坐標(biāo)、補(bǔ)償坐標(biāo)進(jìn)行顯示，方便客戶使用。

3.3 應(yīng)對干擾采取的措施

（1）變頻器和伺服驅(qū)動器前面加噪音濾波器，規(guī)范施工，減輕進(jìn)入電源線的噪音，減少對弱電信號產(chǎn)生的不良影響。

（2）在變頻器輸出側(cè)加DC直流電抗器，抑制高次諧波電流，提高功率因數(shù)。

（3）布線時控制線與電機(jī)線分線槽布線。

（4）變頻電機(jī)和伺服電機(jī)采用屏蔽電纜，地線及屏蔽層良好接地。

（5）手輪脈沖計數(shù)信號線采用屏蔽雙絞線，屏蔽層單端接于計數(shù)模塊的框架地上，5V電源線單獨(dú)接地。

4 軟件設(shè)計

4.1 利用MPE720 Ver.7軟件進(jìn)行編程

各伺服軸根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)對∑-V伺服驅(qū)動器的固定參數(shù)和伺服參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，保證機(jī)械進(jìn)給的準(zhǔn)確性；各變頻電機(jī)根據(jù)需要對A1000參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，保證機(jī)床功能需求及提供所需工藝轉(zhuǎn)速；按動作執(zhí)行的頻度將程序分為高速掃描和低速掃描兩大部分，不常操作的參數(shù)設(shè)定及位控制、警報放在低速掃描程序中，只利用高速掃描的空余時間來進(jìn)行處理，減少占用時間；按邏輯圖對各軸進(jìn)行運(yùn)動控制設(shè)計及邏輯順序動作編程。

4.2 防誤操作編程

按鈕控制采用脈沖信號，使用位置、復(fù)位指令控制，避免按鈕損壞始終常開常閉誤動作；各手動操作均為選好命令后，再兩手執(zhí)行動作，避免傷及手臂；手動和自動界面使用旋鈕切換，換畫面時將當(dāng)前界面下的命令復(fù)位，避免異常情況發(fā)生；各伺服軸的零點(diǎn)設(shè)定界面屏蔽，密碼鎖定，避免隨意設(shè)定零位，使機(jī)械坐標(biāo)數(shù)據(jù)變化；伺服進(jìn)給參數(shù)設(shè)定有最大或最小值范圍及軟件限位保護(hù)，避免數(shù)據(jù)設(shè)定失誤對機(jī)械部件造成損壞；設(shè)有伺服緊急停止按鈕和整機(jī)緊急停止按鈕，可根據(jù)異常的不同程度選擇更合理的動作。

4.3 利用Pro-face GP-Pro EX3.0編寫操控界面

在界面中可以對各伺服軸控制所需的參數(shù)一一設(shè)定，如圖2所示。也可以對電機(jī)的各種控制、轉(zhuǎn)速、電流、工作狀態(tài)進(jìn)行一一設(shè)定和顯示，如圖3所示。

圖2 三伺服基本參數(shù)設(shè)定

圖3 上下主軸旋轉(zhuǎn)操作機(jī)監(jiān)控畫面

4.4 報警信息提示

對沒有滿足循環(huán)加工所需要的各種條件進(jìn)行提示，方便操作人員對機(jī)器正確調(diào)整。

在加工過程中如果有異常，將按異常的重要性選擇是停機(jī)還是僅輸出報警信息。報警信息除了走馬燈外還有歷史記錄供追溯。

5 結(jié)語

安川運(yùn)動控制器的網(wǎng)絡(luò)高速化和程序高速處理，保證了各軸迅捷的高速動作。上下軸進(jìn)給1μm的精度，保證了加工工件尺寸誤差1μm的精度，載盤旋轉(zhuǎn)精確分度和高速信號輸出保證了快速上料的準(zhǔn)確性。

安川運(yùn)動控制器在立軸雙端面磨床上的應(yīng)用，提高了產(chǎn)品的檔次，制造出高精度高效節(jié)能符合市場需求的產(chǎn)品。如在行業(yè)中得到推廣運(yùn)用，可以獲得理想的經(jīng)濟(jì)效益。