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2015年7月 第43卷第14期 機(jī)床與液壓 MACHINE TO0L HYDRAULICS Ju1 2015 Vo1 43 No 14 DOI 10 3969 j issn 1001 3881 2015 14 044 一種基于PLC的磨刀機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 賴乙宗 邱釗湃 陳劍東 葉峰 華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院 廣東廣州510640 摘要 根據(jù)一種新型多工作模式立軸轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)的控制要求 以FX2N系列PLC為控制核心 GT1000系列觸摸屏為人 機(jī)界面 通過(guò)10PG定位模塊 手動(dòng)脈沖發(fā)生器和伺服驅(qū)動(dòng)器控制X Y兩軸的伺服電機(jī) 實(shí)現(xiàn)設(shè)備工作過(guò)程的手動(dòng)操作模 式以及步進(jìn)磨削 連續(xù)磨削 整盤磨削與分段磨削等自動(dòng)加工模式 滿足精確定位 砂輪自動(dòng)補(bǔ)償及自動(dòng)修整等功能 測(cè) 試結(jié)果表明 控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠 生產(chǎn)效率得到提高 詳細(xì)介紹了控制系統(tǒng)硬件與軟件兩部分的設(shè)計(jì)過(guò)程 關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī) 數(shù)控系統(tǒng) 可編程邏輯控制器 定位模塊 中圖分類號(hào) TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B 文章編號(hào) 1001 3881 2015 14 132 4 Design of a Numerical Control System Based on PLC LAI Yizong QIU Zhaopai CHEN Jiandong YE Feng School of Mechanical and Automotive Engineering South China University of Technology Guangzhou Guangdong 5 10640 China Abstract According to the control requirements of a new multi mode vertical spindle grinder a numerical control system was de signed in which a FX2N PLC was as the control center and a GTIO00 touch screen as HMI With two 10PG orientation modules a manual pulse generator and two servo drives X axis servo motor and Y axis servo motor the manual operation mode step grinding mode continuous grinding mode round gnnding mode were achieved as well as the segmented grinding mode during the working process Accurate positioning automatic compensation and dressing of the wheel were also proved Test results show that the control system is stable and reliable with an improvement of production efficiency The design process of the control system including the hard ware and software was introduced in detail Keywords Turntable grinder Numerical control system PLC Orientation module 我國(guó)的刀剪行業(yè)發(fā)展歷史悠久 主要產(chǎn)品包括菜 刀 剪刀和小刀等種類 近些年來(lái) 國(guó)內(nèi)磨刀設(shè)備的 自動(dòng)化水平得到提升 刀剪磨削加工的效率 精度與 多樣性都有所突破 如何更好地保證質(zhì)量 提高效 率 降低成本 滿足多樣化的工藝需求 成為當(dāng)今許 多刀剪制造企業(yè)最為關(guān)注的問(wèn)題 J 陽(yáng)江某企業(yè)針對(duì)刀剪磨削加工的一般工藝流程 成功開發(fā)出新一代多工作模式立軸轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)機(jī)械設(shè) 備 亟需一套可靠 高效的自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備 的自動(dòng)化控制 從而提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量 在對(duì)工藝流程和設(shè)備功能進(jìn)行分析后 設(shè)計(jì)出一套由 PLC 定位模塊 手動(dòng)脈沖發(fā)生器 觸摸屏 交流伺 服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)所組成的數(shù)控系統(tǒng) 控制系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)多工作模式要求 工作效率高 操作簡(jiǎn)單 人機(jī)界 面簡(jiǎn)潔 下文將詳細(xì)介紹數(shù)控系統(tǒng)的電氣控制原理以 及軟件設(shè)計(jì)過(guò)程 1 設(shè)備控制與工作模式 多工作模式立軸轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)的主要控制對(duì)象包括 以下模塊 l 軸電機(jī)與傳動(dòng)模塊 軸電機(jī)與傳動(dòng)模 塊 修整器與探頭模塊 切削液模塊以及潤(rùn)滑液模 塊 y軸模塊通過(guò)交流伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)砂 輪在y軸方向上的位置與速度控制 X軸模塊通過(guò)交 流伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤在 軸方向上的 位置與速度控制 修整器與探頭的伸縮通過(guò)氣缸電磁 閥開關(guān)控制 切削液通過(guò)水泵實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用 潤(rùn)滑液 通過(guò)油泵和輸送管供給滾珠絲桿及渦輪蝸桿等傳動(dòng)部 件 工件則由夾具固定在轉(zhuǎn)盤的各個(gè)工位上 多工作模式立軸轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)有手動(dòng)模式和自動(dòng)模 式兩種控制方式 6 手動(dòng)模式的功能主要是實(shí)現(xiàn)大致 對(duì)刀 砂輪修整與工件定位 包括砂輪點(diǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)盤點(diǎn) 收稿日期 2014 07 02 基金項(xiàng)目 廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合重大項(xiàng)目 2012A090300013 廣東省數(shù)控一代示范工程項(xiàng)目 2012B011300055 2012B01 1300045 作者簡(jiǎn)介 賴乙宗 1972一 男 博士 講師 研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì) E mail yzlai scut edu an 134 機(jī)床與液壓 第43卷 分段磨削模式設(shè)置界面上 用戶通過(guò)輸入框設(shè)置 各個(gè)參數(shù)值 轉(zhuǎn)盤定位補(bǔ)償參數(shù)通過(guò) 轉(zhuǎn)盤定位補(bǔ) 償 按鈕跳轉(zhuǎn)到子頁(yè)面上設(shè)置 初次修改完成后按 下 參數(shù)確認(rèn) 按鈕 即可返回主界面 半自動(dòng)模 式下 每進(jìn)行一輪加工還可再次調(diào)整參數(shù) 需要按下 參數(shù)確認(rèn) 與 速度確認(rèn) 兩個(gè)按鈕 如果按下 全程自動(dòng) 按鈕則為全自動(dòng)模式 設(shè)備按照設(shè)定好 的參數(shù)連續(xù)加工 界面程序在電腦中編寫完成后 通過(guò)USB數(shù)據(jù) 線或RS232通信電纜下載到GT1000觸摸屏 觸摸 屏通過(guò)通信電纜與PLC編程器端口連接 通過(guò)操作 觸摸屏上的人機(jī)界面 用戶就可以方便地進(jìn)行各項(xiàng) 手動(dòng)操作以及對(duì)各工藝參數(shù)進(jìn)行讀寫 還能直觀獲 知加工過(guò)程中的報(bào)警信息 便于規(guī)范操作和維護(hù)設(shè) 備 3 2 PLC程序設(shè)計(jì) 多工作模式立軸轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)的動(dòng)作過(guò)程要按照工 藝流程 因此PLC程序主要用順序功能圖編程語(yǔ)言 SFC 進(jìn)行編寫 在程序的設(shè)計(jì) 調(diào)試和升級(jí)上都 比較方便 程序中 主要用到 D FROM D TO指令進(jìn)行PLC與定位模塊的指令和數(shù)據(jù)傳送 指 令的周期不超過(guò)幾百微秒 1 砂輪通過(guò)自動(dòng)碰探頭 對(duì)坐標(biāo)變化 即砂輪磨損量 進(jìn)行測(cè)量 由于數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)指令周期極短 嚴(yán)格控制了測(cè)量誤差 PLC程序包括初始化 手動(dòng)操作模式和自動(dòng)運(yùn)行 模式這三大模塊 自動(dòng)運(yùn)行模式模塊由步進(jìn)磨削 連 續(xù)磨削 整盤磨削和分段磨削這4個(gè)模式的SFC程序 塊所組成 初始化程序中執(zhí)行的操作包括 相關(guān)輔助 繼電器和存儲(chǔ)單元的清零 定位模塊的初始設(shè)置以及 各開關(guān)的復(fù)位等 手動(dòng)模式程序中執(zhí)行的操作包括 轉(zhuǎn)盤點(diǎn)動(dòng) 砂輪點(diǎn)動(dòng) 機(jī)械回零 加工回點(diǎn) 砂輪修 整 自動(dòng)碰探頭并記錄探頭坐標(biāo)以及對(duì)刀并記錄對(duì)刀 點(diǎn)坐標(biāo)等 啟動(dòng)某一自動(dòng)運(yùn)行模式后 砂輪從加工零 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到對(duì)刀位置 轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)進(jìn)給的同時(shí)砂輪做線性 補(bǔ)償 轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)過(guò)設(shè)定的圈數(shù)砂輪觸碰一次探頭 測(cè) 量計(jì)算出砂輪磨損量 若沒有超過(guò)允許的最大磨損量 則進(jìn)行下一輪加工 否則停止運(yùn)行并報(bào)警提示 當(dāng)出 現(xiàn)故障時(shí) 設(shè)備自動(dòng)停止運(yùn)行 返回手動(dòng)操作模式 并通過(guò)指示燈和觸摸屏界面提示用戶出現(xiàn)故障或者進(jìn) 行下一步操作 軟件程序流程圖如圖3所示 I墊塑些I 匝豳 匝麴 匝圃 塹口 1 7 l回加工霉點(diǎn)I 步進(jìn)磨削模式 連續(xù)磨削模式 l砂輪對(duì)刀J 擊 I 堂坌苧J 轉(zhuǎn)盤慢速旋轉(zhuǎn) 用戶設(shè)定圈數(shù) N 定 Y 擇自 行模 整盤磨削模式卜 砂輪回加工零II砂輪回加工零 點(diǎn) 然后對(duì)刀II點(diǎn) 然后對(duì)刀 轉(zhuǎn)盤慢速轉(zhuǎn)動(dòng)I f轉(zhuǎn)盤快速轉(zhuǎn)動(dòng) 砂輪線性補(bǔ)償Il砂輪線性補(bǔ)償 轉(zhuǎn)過(guò)設(shè) 圈 砂輪停止后 回加工零點(diǎn) 主 砂輪碰探頭 測(cè)量磨損量 砂輪停止轉(zhuǎn)動(dòng) 回到加工零點(diǎn) 轉(zhuǎn)盤慢速轉(zhuǎn)動(dòng) 用戶收放工件 Y I I 薹譽(yù) f砂輪回加工零I I點(diǎn) 然后對(duì)刀J 二匕 l轉(zhuǎn)盤慢速轉(zhuǎn)動(dòng)I l 砂輪線性補(bǔ)償I 二 亡 f磨完一把刀后 l砂輪退刀 轉(zhuǎn)盤 I快速定位補(bǔ)償 N 每過(guò) 圈數(shù) Yv 夏 I砂輪停止后1 I回加工零點(diǎn)J 二 砂輪碰探頭I 測(cè)量磨損量J 砂輪回機(jī)械零點(diǎn) 停機(jī)報(bào)警 圖3 PLC程序流程圖 4試樣結(jié)果 將PLC數(shù)控系統(tǒng)安裝在多工作模式立軸轉(zhuǎn)盤磨 刀機(jī)上進(jìn)行試樣的結(jié)果表明 在PLC數(shù)控系統(tǒng)的控 制下 轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)的加工工藝過(guò)程得到完整的實(shí)現(xiàn) 加工精度與穩(wěn)定性較傳統(tǒng)的液壓磨刀機(jī)有了明顯提 高 例如在目標(biāo)磨削量為0 2 mm的條件下 3種自 動(dòng)磨削模式加工后所得到產(chǎn)品的誤差均在0 02 0 07 mm內(nèi) 滿足用戶對(duì)加工精度的要求 并且避免了不 同批次產(chǎn)品之間的精度波動(dòng) 自動(dòng)控制模式使得轉(zhuǎn)盤 式結(jié)構(gòu)的高效性得以充分發(fā)揮 生產(chǎn)效率較傳統(tǒng)液壓 設(shè)備提高3 4倍 產(chǎn)品加工前后如圖4所示