安迪伺服驱动器在数控磨床上的应用

摘要：介绍了由PLC构成的数控平面磨床系统的设计及其实现，并在实际生产中得到了应用，达到了预期的目标。

关键词： 数控磨床 PLC 伺服驱动器

现代工业化进程中，随着零件加工精度的提高，传统的磨床将被数控磨床取代。对此安迪数控技术有限公司推出了一套PLC+触摸屏+伺服系统的控制方案，将无心磨床的磨削方法与外圆磨床的定位方式结合在一起，在企业中得到了广泛的应用。数控同轴磨床的系统如图1。


1 系统控制功能设计及实现
1.1 硬件设计

系统选用的PLC系欧姆龙公司最新推出的CQM1H，其配置如图2所示。主要由CPU单元、电源单元、脉冲I/O板、模拟量输出单元、模拟量供电单元、存储器盒、输入单元和输出单元组成。输入输出点完成开关量的逻辑控制；脉冲I/O板发出两路脉冲，一路脉冲通过伺服驱动器控制伺服电动机，带动砂轮架实现横向进给。另一路脉冲通过伺服驱动器控制伺服电动机实现工作台的纵向往复运动；模拟量输出单元输出的两路模拟信号分别通过变频器控制砂轮和导轮实现无级变速；操作箱上只有“开”、“关”和急停按钮，除此之外的操作都在触摸屏上进行。

1.2 软件设计

软件设计包含两部分：触摸屏画面开发和PLC软件设计。
利用NT-Series Support Tool 触摸屏开发工具共开发了47幅画面，其中故障显示画面19幅。这些画面涵盖了数控机床的各种功能，如点动、手动、自动运行，各种参数设置、功能设置，故障显示，计量统计等。
PLC软件采用梯形图语言，除实现各种逻辑控制、数据处理、画面切换、故障报警等功能外，还要实现各种运动控制。因为脉冲I/O板只能发出两路脉冲，脉冲频率为10~50kHz。位控单元（如C200H-NC111等）模块本身具有高速手动、低速手动、点动、原点查找、复位原点、原点返回等功能。所以，这些功能都要通过梯形图程序实现。
在运动控制梯形图软件中，原点查找是关键，是数控加工的第一步，关系到整个机床的精度。本节重点介绍原点查找过程。下表为原点查找过程使用的信号。其中00000、00001、00002、00003这4个点为PLC中断输入点，通过中断确保搜查原点的过程不受PLC扫描周期的影响，从而达到准确的定位控制。查找原点过程分三种情况：①查找时，原点位置及原点接近位置均在查找方向的前方。查找过程为起始速度→加速→高速查找→压到原点接近开关减速，逐渐减为接近速度查找→到原点停；②查找开始时，位于原点接近位置。这时先退到原点接近位置以外，然后再向原点运动；③查找开始时，原点接近位置及原点位置均在查找方向的后面。查找过程是先向前运动，碰到限位开关停止，然后返回到原点接近位置以外，再沿查找方向查找。

原点查找过程信号
地址 名称
00000 砂轮进给轴原点接近
00001 砂轮进给轴原点
00002 工作台原点接近
00003 工作台原点
00004 砂轮进给轴前限位
00005 砂轮进给轴后限位
00006 工作台左限位
00007 工作台右限位

1.3 系统控制的实现

同轴加工机有三种工作方式：手动操作、条件设定、自动运行，可从触摸屏上选择。

手动操作方式分为基本手动操作，工作台手动操作、砂轮架手动操作和修整手动操作。基本手动操作主要实现左右夹板的开合，张力的松紧，切削液的供给，砂轮、导轮的启停；工作台手动操作实现工作台高速移动、低速移动、点动移动、原点查找和试验运行。工作台试验运行是工作台以在条件设定中设定的速度和位置左右往复运动；砂轮架手动操作实现砂轮架回原点、前进端移动、后退端移动、高速移动、低速移动、点动；修整手动操作即修整导轮，分准备、开始、停止三步。准备阶段砂轮架后退到后退端，工作台移动到原点。开始则工作台以在条件设定中设定的速度和位置左右往复运动，停止则砂轮架、工作台返回。
在条件设定方式下，可设定砂轮线速度、砂轮架速度、导轮线速度、砂轮进给量、工作台左右运行的时间和次数、磨削时工作台的左右位置、修整时工作台的左右位置、砂轮架的位置。砂轮架位置设定，可实现原点查找、回原点、回零等功能。
自动运行包括运行准备、装工件、启动三个过程。运行准备，首先砂轮向运行开始点—砂轮架原点移动，然后向运行原点移动。砂轮架和工作台到达目标位置则准备完毕。最后安装好工件，此时可以启动运行过程，机床进入自动磨削。

1.4 伺服参数设置
参数 设置值
B00 1
B01 2
B10 40

2 结束语
数控磨床采用PLC控制，价格便宜、性能可靠、界面宜人、操作方便，且一旦发生故障，蜂鸣器及时报警，并且在触摸屏上显示出故障名称，使操作人员及时准确地找到故障原因并及时排除故障。该机床目前运行情况良好，状态正常，达到了预期目标。