數(shù)控珩磨機(jī)控制系統(tǒng)要求

珩磨機(jī)控制系統(tǒng)要求一 珩磨根底知識所謂珩磨加工是指裝有珩磨砂條的珩磨頭一邊旋轉(zhuǎn)一邊做往復(fù)運(yùn)動，并使珩磨砂條以一定的壓力壓向工件的被珩磨外表，同時(shí)注入大量的冷卻液，以對工件的尺寸、形狀、外表粗糙度進(jìn)行修正的一種加工方法。珩磨砂條與工件為面接觸，磨削效率高，主要用于內(nèi)孔平臺網(wǎng)紋加工，由于珩磨砂條在孔內(nèi)不斷擴(kuò)張，以使孔的尺寸和形狀精度得以改善。圖1珩磨頭圖2工件內(nèi)外表二 珩磨機(jī)簡介數(shù)控珩磨機(jī)是針對國內(nèi)發(fā)動機(jī)氣缸體氣缸套加工行業(yè)而開發(fā)的一種高性能、高精度、高可靠性和高平安性的全閉環(huán)控制數(shù)控產(chǎn)品。適用于加工各種發(fā)動機(jī)氣缸體孔、氣缸套孔等精密孔，加工后可獲得高質(zhì)量的微觀網(wǎng)紋，是氣缸體、氣缸套孔等工件的理想珩磨加工設(shè)備。該機(jī)床采用西門子S7-300PLC控制，由液壓伺服系統(tǒng)驅(qū)動，同時(shí)配備有在線自動測量系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化，也可納入自動生產(chǎn)線，具有很高的生產(chǎn)效率。三 珩磨機(jī)性能介紹1．變頻電機(jī)通過鏈條傳動產(chǎn)生主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，變頻電機(jī)由變頻器驅(qū)動，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，主軸旋轉(zhuǎn)速度由電機(jī)內(nèi)裝編碼器檢測并反應(yīng)到變頻器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。2．主軸往復(fù)運(yùn)動采用液壓伺服控制，往復(fù)速度可無級調(diào)速。主軸位置由絕對編碼器檢測，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。3．珩磨頭結(jié)構(gòu)為雙進(jìn)給結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)平臺網(wǎng)紋珩磨，珩磨進(jìn)給壓力通過伺服閥調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。珩磨尺寸由在線自動測量系統(tǒng)控制。4．機(jī)床工作臺采用電動回轉(zhuǎn)工作臺，分度速度快，定位精度高，穩(wěn)定可靠。5．該機(jī)床為單軸兩工位。在珩磨加工的同時(shí)可進(jìn)行工件的上下料操作，使工作輔助時(shí)間為零，大大提高了加工效率。6．機(jī)床工作臺及防護(hù)門安裝有傳感器和互鎖開關(guān)，防止誤操作的發(fā)生，確保工作者和機(jī)床的平安。7．機(jī)床液壓系統(tǒng)采用國際知名品牌液壓元件，泵站由國內(nèi)知名專業(yè)廠家精心制作，同時(shí)配備有強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)，保證了機(jī)床的高穩(wěn)定性和高可靠性。8．機(jī)床冷卻系統(tǒng)為循環(huán)冷卻，配備高性能的磁滾紙帶過濾機(jī)對珩磨液進(jìn)行兩級過濾，再通過油冷機(jī)使珩磨液溫度保持在最正確工作溫度，最后再由高壓力大流量的冷卻泵對工件進(jìn)行冷卻?！辈噬壕э@示器，良好的人機(jī)界面、人性化的設(shè)計(jì)使操作更加便捷。四 珩磨機(jī)加工的特殊要求 1． 網(wǎng)紋夾角的要求在珩磨加工面上，由于使珩磨頭旋轉(zhuǎn)并做往復(fù)運(yùn)動，所以可以得到特有的網(wǎng)紋加工面。在珩磨機(jī)的加工要求中，珩磨網(wǎng)紋交叉角a有一定的精度要求，珩磨頭旋轉(zhuǎn)速度與往復(fù)速度有相應(yīng)的比率關(guān)系，一般由主軸轉(zhuǎn)速、工件直徑、網(wǎng)紋夾角確定主軸往復(fù)速度。由公式Vs=Vr*TAN(a/2)=(π*D*n/1000)*TAN(a/2)給出，其中Vs為珩磨頭往復(fù)速度，Vr為珩磨頭旋轉(zhuǎn)速度，D為工件直徑，n為主軸轉(zhuǎn)速，a為網(wǎng)紋夾角。影響網(wǎng)紋夾角的主要因素是主軸往復(fù)速度及主軸轉(zhuǎn)速，一般要求主軸轉(zhuǎn)速為120rpm，主軸往復(fù)速度為25m/min。圖4加工外表示意圖2．網(wǎng)紋換向圓弧的要求 主軸運(yùn)動方式為往復(fù)運(yùn)動，在主軸換向時(shí)必然存在加減速過程，影響換向圓弧大小的主要因素是換向時(shí)間以及加減速度。國外設(shè)備換向時(shí)間為20ms以內(nèi)，加減速度可到達(dá)25m/s2，甚至更高。3．內(nèi)外表網(wǎng)紋深度及清潔度的要求珩磨內(nèi)外表對網(wǎng)紋深度、分布均勻程度等網(wǎng)紋參數(shù)均有較高要求，所以對珩磨往復(fù)速度和主軸旋轉(zhuǎn)速度及珩磨時(shí)的砂條壓力需進(jìn)行閉環(huán)控制。另外，由于對內(nèi)外表清潔度的要求，對珩磨頭的停止位置及運(yùn)動軌跡的連續(xù)性上也有較高的要求。五 珩磨機(jī)控制時(shí)序的描述 1．珩磨機(jī)結(jié)構(gòu)珩磨機(jī)主要傳動局部由主電機(jī)、主軸、連桿、珩磨頭組成，下列圖示意了其主要結(jié)構(gòu)：圖5珩磨機(jī)傳動圖2．下列圖示意了珩磨機(jī)的主要工作時(shí)序：圖6珩磨機(jī)主要時(shí)序珩磨機(jī)主要時(shí)序要求eq\o\ac(○,1)珩磨頭運(yùn)動到起始位置；eq\o\ac(○,2)珩磨頭運(yùn)行到行程中位；eq\o\ac(○,3)運(yùn)行去余量程序，珩磨頭開始往復(fù)運(yùn)動，主軸開始旋轉(zhuǎn)，粗珩砂條伸出，進(jìn)行去余量的過程；eq\o\ac(○,4)去余量尺寸到達(dá)后，粗珩砂條收回，珩磨頭運(yùn)行到停止位置，主軸停止旋轉(zhuǎn)；eq\o\ac(○,5)珩磨頭運(yùn)行到行程中位；eq\o\ac(○,6)運(yùn)行拉網(wǎng)紋程序，珩磨頭開始往復(fù)運(yùn)動，主軸開始旋轉(zhuǎn)，粗珩砂條伸出，進(jìn)行拉網(wǎng)紋的過程；拉網(wǎng)紋尺寸到達(dá)后，粗珩砂條收回，開始運(yùn)行平頂程序，精珩砂條伸出，進(jìn)行平頂?shù)倪^程；eq\o\ac(○,7)平頂延時(shí)到達(dá)后，精珩砂條收回，珩磨頭運(yùn)行到停止位置，主軸停止旋轉(zhuǎn)；eq\o\ac(○,8)重復(fù)上述過程。六數(shù)控珩磨機(jī)控制系統(tǒng)配置 eq\o\ac(○,1)5A電源模塊：6ES7307-1EA00-0AA0 eq\o\ac(○,2)CPU314：6ES7314-1AG13-0AB0 eq\o\ac(○,3)32輸入DI模塊〔2塊〕：6ES7321-1BL00-0AA0 eq\o\ac(○,4)16繼電器輸出DO模塊〔2塊〕：6ES7322-1HH01-0AA0 eq\o\ac(○,5)8輸入AI模塊：6ES7331-7NF00-0AB0 eq\o\ac(○,6)4輸出AO模塊：6ES7332-5HD01-0AB0 eq\o\ac(○,7)FM354定位模塊：6ES7354-1AH01-0AE0 eq\o\ac(○,8)”人機(jī)界面：6AV6542-0CC10-0AX0 下列圖示意了該機(jī)床控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：圖7控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖七 目前控制系統(tǒng)中存在的問題 1．加減速速度無法設(shè)定到理想值，目前加減速度超過7m/s2，系統(tǒng)會頻繁出現(xiàn)341號報(bào)警，報(bào)警內(nèi)容為Nodrivemovement，導(dǎo)致軸運(yùn)行停止。分析原因一個(gè)是液壓系統(tǒng)的跟隨性不好；另一個(gè)是FM354與CPU通訊時(shí)間長造成。 2．人機(jī)界面上顯示的進(jìn)給速度與實(shí)際進(jìn)給速度存在偏差，液壓壓力大時(shí)，偏差小，反之，液壓壓力小時(shí)，偏差小，但始終無法到達(dá)一致。該速度是由絕對位置編碼器反應(yīng)到FM354位控模塊X3接口，再由PLC讀出DB10.DBD314中的實(shí)際值，顯示在人機(jī)界面上。3．由于拉網(wǎng)紋程序和平頂程序中，珩磨頭往復(fù)的上下行程是需要設(shè)定為不同的值，所以運(yùn)行過程中在執(zhí)行兩個(gè)程序轉(zhuǎn)換時(shí)必須先停止正在運(yùn)行的程序，再轉(zhuǎn)換到下一程序，重新啟動，這個(gè)轉(zhuǎn)換過程需要消耗一定的時(shí)間，并且這時(shí)候主軸旋轉(zhuǎn)不會停止，會造成導(dǎo)向條造成在加工內(nèi)壁上出現(xiàn)橫向的劃痕。 4．由于FM354程序上的限制，當(dāng)加工尺寸到達(dá)時(shí)，珩磨頭的停止位置在上下行程之間，也就是在工件內(nèi)部，這樣當(dāng)珩磨頭離開工件時(shí)會造成豎向的劃痕。 5．去余量、拉網(wǎng)紋、平頂程序中上、下行程值均需操作員根據(jù)工件加工情況隨時(shí)修正，目前使用FM354位控模塊的Modifyparameters/data功能，每做一個(gè)值的修改均需激活一次，操作麻煩。 6．人機(jī)界面的位置顯示和速度顯示刷新較慢，分析原因是CPU與人機(jī)界面通過MPI連接，CPU314的性能限制傳輸速率為187.5kbit/s，以至于顯示刷新較慢。八幾種改良方案 1．提高CPU性能，選用CPU317-2DP，將傳輸速率提高到12Mbit/s；選用FM357-2定位模塊，利用-10V/+10V模擬信號輸出控制液壓伺服閥實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動，使用參數(shù)化編程實(shí)現(xiàn)幾個(gè)行程的靈活修正。 方案如下：圖8方案一示意圖 2．選用技術(shù)功能型CPU，CPU317T-2DP，使用其運(yùn)動控制DP接口，連接ADI4模擬量控制驅(qū)動器接口模板，驅(qū)動液壓伺服閥。圖9方案二示意圖 3．開發(fā)用于珩磨的數(shù)控系統(tǒng)，專門用于珩磨機(jī)控制的單軸數(shù)控系統(tǒng)，獨(dú)立的CNC控制軟件；內(nèi)置或外置PMC，具有數(shù)字信號DI96/DO4