圓錐滾子無(wú)心磨床由砂輪體、導(dǎo)輪體、工作臺(tái)、修整器等四部分組成，圓錐滾子是在砂輪和導(dǎo)輪之間穿過(guò)磨削加工而成的，導(dǎo)輪體安裝在工作臺(tái)上，導(dǎo)輪體隨工作臺(tái)的移動(dòng)而移動(dòng)，滾子的磨削量由工作臺(tái)移動(dòng)，調(diào)節(jié)砂輪和導(dǎo)輪之間的間隙決定，工作臺(tái)的進(jìn)給精度直接影響了滾子的加工精度，工作臺(tái)的進(jìn)給是由伺服電機(jī)和一對(duì)絲桿螺母副帶動(dòng)進(jìn)給的，屬于半閉環(huán)控制系統(tǒng)。

由于絲桿存在間隙以及聯(lián)軸器、機(jī)械零件、導(dǎo)軌存在剛性不足甚至摩擦力影響等問(wèn)題，這種半閉環(huán)控制系統(tǒng)得不到工作臺(tái)進(jìn)給精度1μ要求，只有在工作臺(tái)上加裝光柵尺，使控制系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)完整的全閉環(huán)控制系統(tǒng)，才能滿足用戶要求。

系統(tǒng)方案

1 系統(tǒng)框圖

圖1 系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)配置

（1）Q02CPU

（2）通訊模塊QJ61BT11N

（3）定位模塊QD75P1

（4） 輸入模塊QX41

（5）輸出模塊QY10

（6）高速計(jì)數(shù)器模塊Q62D

（7）伺服驅(qū)動(dòng)器MR-J2S-350A

（8）伺服電機(jī)HC-SFS352

（9）線性驅(qū)動(dòng)光柵尺

3 控制原理

在操作屏上設(shè)定工作臺(tái)需要進(jìn)給的距離，PLC根據(jù)設(shè)定的距離發(fā)相應(yīng)的脈沖到驅(qū)動(dòng)器，伺服電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，光柵尺靜觸頭固定在工作臺(tái)上，動(dòng)觸頭固定在床身上，當(dāng)工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)，光柵尺反饋的脈沖反饋到高速計(jì)數(shù)器，高速計(jì)數(shù)器把光柵尺反饋的脈沖和設(shè)定的重合脈沖進(jìn)行比較，若相等高速計(jì)數(shù)器向CPU發(fā)中斷指令，CPU執(zhí)行中斷處理程序，給伺服電機(jī)發(fā)停止指令，工作臺(tái)停止移動(dòng)。

參數(shù)設(shè)置

1 PLC有關(guān)參數(shù)設(shè)置

打開三菱編程軟件GT Developer，在“參數(shù)”設(shè)置項(xiàng)設(shè)置PLC參數(shù),包括模塊類型和I/O地址，高速計(jì)數(shù)器模塊Q62D安裝在第4槽位，起始地址為0060，具體設(shè)置如圖2；智能功能模塊高速計(jì)數(shù)器的開關(guān)設(shè)置如圖3。

圖2 PLC參數(shù)

圖3 高速計(jì)數(shù)器開關(guān)設(shè)置

這里開關(guān)1設(shè)為0025，數(shù)據(jù)含義表示計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的格式為線形計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)速度為200kpps,脈沖輸入模式為2相4的倍數(shù)。

2 利用實(shí)用程序包Gx Configurator-CT設(shè)置高速計(jì)數(shù)器，要進(jìn)行初始化設(shè)置和自動(dòng)刷新設(shè)置。在編程軟件Gx Developer 工具欄中點(diǎn)擊，工具\(yùn)智能功能模塊\start,進(jìn)行如圖4初始化設(shè)置和圖5自動(dòng)刷新設(shè)置。

圖4 初始化設(shè)置

圖5 自動(dòng)刷新設(shè)置

2 中斷設(shè)置

在編程軟件的“參數(shù)/PLC參數(shù)/PLC系統(tǒng)/中斷點(diǎn)設(shè)置”項(xiàng)目中設(shè)置中斷設(shè)置，具體如圖6。

圖6 中斷點(diǎn)設(shè)置

程序設(shè)計(jì)

根據(jù)高速計(jì)數(shù)器模塊安裝的位置和緩沖器地址分配可知：

（1）高速計(jì)數(shù)器模塊預(yù)設(shè)值存儲(chǔ)地址為D60

（2）高速計(jì)數(shù)器模塊當(dāng)前值存儲(chǔ)地址為D62

（3）高速計(jì)數(shù)器模塊重合值存儲(chǔ)地址為D64

程序設(shè)計(jì)框圖如圖7。

圖7 程序框圖

應(yīng)用效果

在未裝光柵尺的半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由于機(jī)械傳動(dòng)方面的摩擦力或機(jī)械零件彈性變形等影響，在觸摸屏上輸入1μ或2μ等微距離的進(jìn)給命令時(shí)，工作臺(tái)并不一定能進(jìn)給設(shè)定好的距離，經(jīng)試驗(yàn)，只有在設(shè)定距離大于3μ時(shí)，工作臺(tái)才能克服機(jī)械外在阻力或機(jī)械變形影響，進(jìn)給到設(shè)定距離。

由于這種半閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)給精度的影響，滾子每次磨去的尺寸小于設(shè)定尺寸，需要人工補(bǔ)償進(jìn)給工作臺(tái)，才能使?jié)L子磨到規(guī)定尺寸，但由于操作工水平限制，有可能使?jié)L子尺寸磨小以致報(bào)廢或降低了滾子精度等級(jí)，并且這種半閉環(huán)系統(tǒng)，由于需要人工多次測(cè)量滾子精度，以便確定工作臺(tái)手動(dòng)補(bǔ)償進(jìn)給量，這樣就影響了加工滾子的效率。

在工作臺(tái)上裝了光柵尺后，進(jìn)給系統(tǒng)構(gòu)成了完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)，撇開了工作臺(tái)機(jī)械方面原因?qū)M(jìn)給精度的影響，采用全閉環(huán)控制后，工作臺(tái)進(jìn)給精度由原來(lái)3μ提高到1μ，加工效率由原來(lái)的80粒/每分鐘提高到100粒/每分鐘，Ⅱ級(jí)精度的滾子成品率由原來(lái)的80%提高到95%以上。

結(jié)束語(yǔ)

在這種無(wú)心磨床控制系統(tǒng)上加裝光柵尺后，工作臺(tái)進(jìn)給精度和重復(fù)精度得到了大大提高，確保了該機(jī)床可以加工Ⅱ級(jí)精度的滾子，并且也大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，受到了用戶好評(píng)。

（編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“光柵尺和PLC在圓錐滾子無(wú)心磨床上的應(yīng)用”，作者為孟紅軍。）