雙軸珩磨機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用探析

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摘要：以富士雙軸珩磨機(jī)控制系統(tǒng)為例，研究闡述三菱Q系列PLC、GOT觸摸屏，發(fā)那科35I-MB數(shù)控系統(tǒng)，東京精密測(cè)量系統(tǒng)和上位機(jī)的組成，網(wǎng)絡(luò)通訊配置，交互信號(hào)和缸孔珩磨工作原理等方面，提高珩磨機(jī)控制系統(tǒng)技能掌握水平和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，縮短設(shè)備故障處理時(shí)間保障生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：三菱Q系列PLC、GOT；發(fā)那科35I-MB數(shù)控系統(tǒng)；PMC軸；CC-Link總線網(wǎng)絡(luò)；TCP/IP以太網(wǎng)通訊；通訊配置

0引言

珩磨機(jī)是汽車制造業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線上用于缸孔珩磨的設(shè)備。珩磨機(jī)國外廠家有德國格林和納格爾，日本富士和善能，國內(nèi)有北京第一機(jī)床集團(tuán)第三機(jī)床廠和寧夏大河機(jī)床集團(tuán)。上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司引進(jìn)了格林、納格爾和富士三種珩磨機(jī)，前兩者屬于單軸珩磨，只有富士珩磨機(jī)引進(jìn)雙軸珩磨機(jī)，兼容5種三四缸機(jī)型，生產(chǎn)效率高，控制復(fù)雜。本文重點(diǎn)把富士雙軸珩磨機(jī)作為典型，分析其控制系統(tǒng)組成部分，通訊設(shè)計(jì)和工作原理。對(duì)于提高雙軸珩磨機(jī)的技能水平，縮短故障處理時(shí)間，同時(shí)提高設(shè)備改造能力和新項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力等等方面都有很大必要性。

1硬件組成富士雙軸珩磨機(jī)控制系統(tǒng)

主要由三菱Q系列PLC硬件組態(tài)相關(guān)產(chǎn)品，發(fā)那科35I-MB數(shù)控系統(tǒng)和東京精密測(cè)量?jī)x，上位機(jī)等組成。

1.1三菱Q系列

PLC硬件組態(tài)CPU型號(hào)Q13UDEH，內(nèi)置1個(gè)以太網(wǎng)接口，1張F(tuán)lash存儲(chǔ)卡。配置兩個(gè)CC-Link總線主站模塊QJ61BT11N，一個(gè)以太網(wǎng)模塊QJ71E71。輸入模塊配置11個(gè)32位QX81，1個(gè)16位QX80；輸出模塊配置14個(gè)32位QY81P，4個(gè)16位QY80。主底板Q312B，兩個(gè)擴(kuò)展底板Q612B，每個(gè)底板都配有Q63P的電源模塊為底板和其他模塊供電。3個(gè)操作面板GT1685M-STBD，屬于GOT1000系列。

1.2數(shù)控系統(tǒng)硬件組成

如表1所示，各工位裝置單獨(dú)配備35I-MB分離型數(shù)控系統(tǒng)，共9個(gè)NCU控制器，每個(gè)NCU控制器控制不超過3個(gè)PMC軸。漲刀軸功率小，選用Fanuc的βi伺服放大器和伺服電機(jī)，其他PMC軸采用αi伺服放大器和伺服電機(jī)。伺服電機(jī)均有絕對(duì)式編碼器作為全閉環(huán)系統(tǒng)位置反饋，位置控制更為精確。

2網(wǎng)絡(luò)通訊

2.1CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線通訊

三菱PLC硬件組態(tài)中使用到兩個(gè)CC-Link主站模塊構(gòu)成兩個(gè)CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。①主站模塊1連接NCU的CC-Link插槽上，各控制器作為遠(yuǎn)程設(shè)備站通過CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線相連。每個(gè)控制器占4個(gè)站，共占36個(gè)子站。遠(yuǎn)程設(shè)備站控制器在PLC和數(shù)控系統(tǒng)中地址對(duì)應(yīng)情況如下：遠(yuǎn)程設(shè)備站寄存器讀取RWr和寫入RWw分別映射對(duì)應(yīng)PLC中的首地址D14000和D14500，如圖2所示。也映射對(duì)應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)中CC-Link遠(yuǎn)程設(shè)備設(shè)定讀取RWr首地址R5400和寫入RWw首地址R5300。遠(yuǎn)程設(shè)備站輸入RX和遠(yuǎn)程輸出RY分別映射對(duì)應(yīng)PLC中首地址X1000和Y1000。也映射對(duì)應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)中CC-Link遠(yuǎn)程設(shè)備設(shè)定輸出RY首地址R5100和輸出RX首地址R5200。②主站模塊2連接64個(gè)子站，由于CC-Link通信距離長和分支多，通過中繼器ReapterHub與各現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出等子站模塊相連。在PLC編程軟件GX-Works2中，設(shè)置的遠(yuǎn)程輸入RX和遠(yuǎn)程輸出RY分別為X600和Y600，總站數(shù)設(shè)置64。如圖1所示，由于CC-Link采用的是CC-Link專用通訊線纜，總線最后一個(gè)子站和CC-Link主站模塊的兩端要各連接一個(gè)110歐的終端電阻以形成閉環(huán)。

2.2TCP/IP以太網(wǎng)通訊

以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用兩處，一是Fanuc數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部，二是三菱PLC應(yīng)用。①數(shù)控系統(tǒng)每3個(gè)控制器通過1個(gè)Hub集線器相連，再通過網(wǎng)線連接1個(gè)操作面板。通過旋鈕切換選擇NCU控制器。以第2個(gè)面板為例，旋鈕觸發(fā)輸入信號(hào)，在PLC中經(jīng)過邏輯運(yùn)算賦值D14500，通過CC-Link總線，映射寫入數(shù)控系統(tǒng)PMC的R5300中。再通過CSD系統(tǒng)軟件切換顯示3個(gè)NCU數(shù)控系統(tǒng)界面，以便對(duì)相應(yīng)控制器操作。②在三菱PLC以太網(wǎng)通訊中，以太網(wǎng)模塊通過1個(gè)Hub連接3個(gè)GOT操作面板，Hub連接到工廠網(wǎng)絡(luò)層，可遠(yuǎn)程連接三菱PLC以監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)機(jī)床設(shè)備狀態(tài)。PLC的CPU內(nèi)置以太網(wǎng)口，通過1個(gè)Hub連接兩臺(tái)上位機(jī)電腦。

2.3交互信號(hào)

由于珩磨程序是廠家核心技術(shù)，廠家用Fanuc宏執(zhí)行器編輯珩磨源程序完成后再封裝寫入FROM導(dǎo)致無法查看程序。研究Fanuc數(shù)控系統(tǒng)與三菱PLC的交互信號(hào)有助于理解珩磨程序和整機(jī)運(yùn)行原理。Fanuc數(shù)控系統(tǒng)與三菱PLC信號(hào)交互主要采取兩種形式。一種是Fanuc系統(tǒng)中I/OLink數(shù)字輸入輸出單元24VDC普通線纜連接對(duì)應(yīng)三菱PLC的數(shù)字輸出輸入模塊，例如三菱PLC發(fā)送數(shù)控系統(tǒng)JOG模式、程序號(hào)、手動(dòng)移動(dòng)孔位置號(hào)和轉(zhuǎn)發(fā)東京精密測(cè)量?jī)x氣檢SZ信號(hào)等等數(shù)字信號(hào)，而數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送三菱PLC自動(dòng)運(yùn)行、軸移動(dòng)中、加工步驟切換等信號(hào)。另一種是通過CC-Link通訊。PLC輸入信號(hào)包括缸孔的位置，缸孔的位置/速度顯示，NC選擇程序號(hào)和報(bào)警號(hào)等等。PLC輸出信號(hào)包括工位3、4、8軸通信數(shù)據(jù)，GOT上工位1缸孔預(yù)檢位置、工位6缸孔各檢測(cè)及校零位置、工位9曲軸孔檢測(cè)位置和輸送帶各位置速度參數(shù)等等。

3缸孔珩磨控制系統(tǒng)應(yīng)用原理

1個(gè)珩磨程序里，粗珩工位有3個(gè)步序step1-3，而在半精、精珩工位，有5個(gè)步序step1-5，半精對(duì)應(yīng)步序step1-3，精珩對(duì)應(yīng)step4-5。步序正常結(jié)束信號(hào)主要兩種，一種往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程次數(shù)達(dá)到設(shè)定值，一種氣電轉(zhuǎn)換器檢測(cè)缸孔加工余量達(dá)到設(shè)定值。自動(dòng)運(yùn)行工件到位落座好后，PLC控制油缸夾緊工件，據(jù)工件類型輸出信號(hào)發(fā)送3位二進(jìn)制缸孔位置號(hào)、6位二進(jìn)制珩磨程序號(hào)和自動(dòng)啟動(dòng)等信號(hào)給NC控制器，NC控制器調(diào)用相應(yīng)珩磨程序。如圖3所示，珩磨程序調(diào)用后，NC指令Z軸移動(dòng)到缸孔內(nèi)部，再控制機(jī)械漲刀C軸漲刀到貼靠值。NC控制器輸出0-10V電壓信號(hào)控制變頻器珩磨主軸轉(zhuǎn)速。珩磨主軸在缸孔內(nèi)部切削上下限往復(fù)珩磨缸孔，在切削下限時(shí)，C軸定量機(jī)械漲刀。氣電傳感器把檢測(cè)到的珩磨軸與缸壁的氣壓轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，反饋東京精密測(cè)量?jī)x。當(dāng)該模擬信號(hào)到達(dá)測(cè)量?jī)x設(shè)定值（根據(jù)缸孔加工余量設(shè)定）時(shí)輸出信號(hào)SZ1-4，通過PLC轉(zhuǎn)發(fā)給NC，該歩序結(jié)束。如未使用SZ信號(hào)，當(dāng)珩磨軸上下往復(fù)行程次數(shù)CNT達(dá)到時(shí)，該步序結(jié)束。當(dāng)?shù)竭_(dá)步序4和5精珩時(shí)，機(jī)械漲刀回零點(diǎn)，輸出0-10V模擬量電壓信號(hào)控制液壓比例閥控制器，從而控制輸出液壓壓力。珩磨主軸在液壓漲刀下珩磨缸孔，在主軸回轉(zhuǎn)速度和往復(fù)速度同時(shí)作用下，珩磨出缸孔網(wǎng)紋角。步序的結(jié)束標(biāo)志，粗珩和半精珩為SZ信號(hào)，精珩為CNT行程次數(shù)。粗珩步序3或者精珩步序5結(jié)束，機(jī)械漲刀和液壓漲刀均收刀，往復(fù)Z軸上升到參考位置，代表整個(gè)珩磨程序結(jié)束。當(dāng)#1和#3號(hào)孔珩磨完，松開夾具，NC控制器PMC軸指令橫移X軸伺服電機(jī)，把左右雙軸機(jī)械結(jié)構(gòu)移動(dòng)分別對(duì)應(yīng)#2號(hào)孔和#4號(hào)孔，再調(diào)用珩磨程序重復(fù)跟#1和#3號(hào)孔相同加工內(nèi)容。注：珩磨到達(dá)切削上下限時(shí)，PMC中的F10-F13譯碼M60和M61，再通過Y3.7輸出給PLC往復(fù)軸換向切換信號(hào)，作為報(bào)警防錯(cuò)用。左右軸橫移均通過PMC軸命令實(shí)現(xiàn)。

4結(jié)束語

富士雙軸珩磨機(jī)應(yīng)用技術(shù)復(fù)雜且有封裝，部分程序設(shè)置了密碼，結(jié)合作者豐富的設(shè)備維護(hù)改造經(jīng)驗(yàn)，對(duì)富士雙軸珩磨機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了比較全面的研究分析，這對(duì)機(jī)床操作者、維護(hù)人員和設(shè)計(jì)人員都有一定參考意義。

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作者:于海峰 李虎 董志恒 單位:上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司