台达触摸屏、PLC、变频器在外圈滚道磨床上的应用

摘 要：本文主要介绍外圈滚道磨床详细工艺和基于中达机电自动化平台的PLC控制、交流伺服控制、变频器、触摸屏的磨床数控系统集成。项目已经开发成功投入商品化应用。
关键词：伺服　滚道磨床
1 引言
　　磨床是金属冷加工行业的重要工作母机。随着工业的发展，对机械零件的加工精度及表面粗糙度的要求日益提高，磨削加工显得更加重要。在汽车、电力、船舶、冶金、军工、航空航天等行业，国产数控磨床正在发挥着越来越大的作用。外圆磨床是使用的最广泛的，能加工各种圆柱形和圆锥形外表面及轴肩端面的磨床。万能外圆磨床还带有内圆磨削附件，可磨削内孔和锥度较大的内、外锥面。外圆磨床的自动化程度高低界定磨床的加工效率从而决定了磨床的加工规模。
2 磨削工艺
　　磨床属于金属工件表面精密加工机床。磨床基本原理是用砂轮或油石（刃具）对零件淬硬表面做浅深度微量切削加工。磨削时的切削深度很小，在一次行程中所能切除的金属层很薄。磨具旋转为主运动，工件或磨具的移动为进给运动。磨床加工精度高、表面粗糙度Ra值小。磨削加工是应用广泛的切削加工方法，由于独具的磨削结构原理，使得磨床与其它金属冷加工机床相比最大的特点是切削速度高达每秒可达 30m～50m，磨削温度可达1000”C～1500oC，磨削过程历短到只有万分之一秒左右。因此磨削加工可以获得较高的加工精度和很小的表面粗糙度值。磨削不但可以加工软材料，如未淬火钢、铸铁和有色金属等，而且还可以加工淬火钢及其他刀具不能加工的硬质材料如陶瓷与硬质合金等。
零件加工的时候主要为两个轴的运动。一个是工件台轴，另一个为磨架轴；工件台行进靠伺服运动，工件架在工件台内，所以进给的尺寸便是磨削的尺寸，工件台上面安装着上下料气缸,磁性卡盘,修整器。磁性卡盘在零件加工的时候用强磁固定零件，进料和出料前需要卸磁。修整器与工件台一起运动，修整器用来修整砂轮尺寸，其倒下抬起由液压控制。磨架上装着砂轮，磨架运动也由液压控制，并由减速阀来控制不同工序时候的运动速度。除了两个轴运动有关部件还有些辅助机构如磨削液，润滑液，量测架等。
3 台达外圈滚道磨床电控系统设计
3.1 总体设计
　　高效率是企业的宗旨，高效率意味着高速度。速度是评定外圈滚道磨床电控系统的重要指标。磨床电控项目选用中达EH2系列高速PLC和ASD系列交流伺服系统，在安全精准的前提下在程序结构上做了优化，大大的提高了每个工件的生产速度，基本每个零件的加工速度控制在6－7秒以内。电控面板上仅仅设置少量的必要按钮，其它大部分操作在触摸屏上实现，充分利用触摸屏信息量巨大的互动对话优势，加上配方和报警智能化管理功能，更有直观性，触摸屏还上显示了每个步骤的状态和时间以便作为参考调整，使得零件加工尽量不在手动控制下操作，大部分加工步骤都有严格顺序，当出现非报警的紧急情况，可以用紧急复位按钮，系统会转入迅速的安全退出流程。电控面板设计如图1所示。

3.2 台达电控系统配置设计
　　基于台达系统配型为：
　　（1）PLCVP40EH00T2(40点主机，24DI/16DO(继电器),4路200K输入/输出AC電源)；
　　（2）PLC扩展单元：DVP32HP00R(32點擴充机，16點入，16點出（繼電器），AC電源)；
　　（3）变频器：VFD022M43A（?迷你型静音7段速控制及简易PLC自动程序运转，高速通讯接口，自动加减速最佳化控制功能）；
　　（4）真彩色触摸屏：AE10THTD（10.4" 高亮度 512K bytes SRAM自带3通讯口联机功能，可同时连接3种不同通讯格式的控制器，架构多 机联机网络； 背部提供功能卡插槽，支持打印机，后续开发其他扩充功能卡； 创新的在线/离线模拟功能，方便设计者在程序开发阶段进行程序编辑与除错；支持SMC　Card存取人机资料；符合IP65＆NEMA4规格；7MB FM）；
　　（5） 交流伺服驱动器：ASD－B1521（交流伺服驱动器内置PID控制，工频切换顺序，停电减速停止控制等功能）。
3.3 数控加工流程设计
　　图2为自动流程框图，自动运行条件若满足，按启动 机台便在自动运行中循环运转，直到按停止进入停止流程，或者出现重要报警或紧急复位时自动运行终止。

图2 自动加工流程
3.4 PLC I/O接口定义

3.5 工件台伺服控制运动曲线
　　伺服控制的运动直接影响到成品规格和质量。图3是交流伺服驱动器：ASD－B1521伺服所拖动的工件台的运动曲线。每个步骤的速度和量根据实际的材料或尺寸不同会有所改变，达到快速高效又要精准。

图3 工件台伺服控制运动曲线
3.4 砂轮磨损自动补偿
　　磨床砂轮（刀具）自动化修整是重要并且是必要的数控功能。砂轮在连续磨削零件的时候，砂轮本身也会被磨损，尺寸会发生变化，所以在自动磨零件得时候需加入砂轮的技术性修整（自动磨好若干个零件后修整一次砂轮），砂轮的尺寸变化，零件的磨削起点也得跟着变化，正常情况下，砂轮会修整到磨损砂轮直径的时候自动运转停止，提示换新砂轮。除了自动过程中的技术性修整，连续修整也是必要的，连续修整可以让砂轮直接修整至指定尺寸。砂轮磨损自动补偿流程如图4所示。

图4 砂轮磨损补偿流程
4 结束语
　　外圈滚道磨床项目已经在无锡某磨床厂开发成功。项目采用中达产品及自动化方案生产了多种型号的磨床，并以出售各地，运行状况良好。实践证明中达整合产品足以满足系统控制要求并能充分发挥设备性能。
中达电通股份有限公司 邓瑜平