安迪伺服驅動器在數控磨床上的應用

摘要：介紹了由PLC構成的數控平面磨床系統的設計及其實現，并在實際生產中得到了應用，達到了預期的目標。

關鍵詞： 數控磨床 PLC 伺服驅動器

現代工業化進程中，隨著零件加工精度的提高，傳統的磨床將被數控磨床取代。對此安迪數控技術有限公司推出了一套PLC+觸摸屏+伺服系統的控制方案，將無心磨床的磨削方法與外圓磨床的定位方式結合在一起，在企業中得到了廣泛的應用。數控同軸磨床的系統如圖1。


1 系統控制功能設計及實現
1.1 硬件設計

系統選用的PLC系歐姆龍公司最新推出的CQM1H，其配置如圖2所示。主要由CPU單元、電源單元、脈沖I/O板、模擬量輸出單元、模擬量供電單元、存儲器盒、輸入單元和輸出單元組成。輸入輸出點完成開關量的邏輯控制；脈沖I/O板發出兩路脈沖，一路脈沖通過伺服驅動器控制伺服電動機，帶動砂輪架實現橫向進給。另一路脈沖通過伺服驅動器控制伺服電動機實現工作臺的縱向往復運動；模擬量輸出單元輸出的兩路模擬信號分別通過變頻器控制砂輪和導輪實現無級變速；操作箱上只有“開”、“關”和急停按鈕，除此之外的操作都在觸摸屏上進行。

1.2 軟件設計

軟件設計包含兩部分：觸摸屏畫面開發和PLC軟件設計。
利用NT-Series Support Tool 觸摸屏開發工具共開發了47幅畫面，其中故障顯示畫面19幅。這些畫面涵蓋了數控機床的各種功能，如點動、手動、自動運行，各種參數設置、功能設置，故障顯示，計量統計等。
PLC軟件采用梯形圖語言，除實現各種邏輯控制、數據處理、畫面切換、故障報警等功能外，還要實現各種運動控制。因為脈沖I/O板只能發出兩路脈沖，脈沖頻率為10~50kHz。位控單元（如C200H-NC111等）模塊本身具有高速手動、低速手動、點動、原點查找、復位原點、原點返回等功能。所以，這些功能都要通過梯形圖程序實現。
在運動控制梯形圖軟件中，原點查找是關鍵，是數控加工的第一步，關系到整個機床的精度。本節重點介紹原點查找過程。下表為原點查找過程使用的信號。其中00000、00001、00002、00003這4個點為PLC中斷輸入點，通過中斷確保搜查原點的過程不受PLC掃描周期的影響，從而達到準確的定位控制。查找原點過程分三種情況：①查找時，原點位置及原點接近位置均在查找方向的前方。查找過程為起始速度→加速→高速查找→壓到原點接近開關減速，逐漸減為接近速度查找→到原點停；②查找開始時，位于原點接近位置。這時先退到原點接近位置以外，然后再向原點運動；③查找開始時，原點接近位置及原點位置均在查找方向的后面。查找過程是先向前運動，碰到限位開關停止，然后返回到原點接近位置以外，再沿查找方向查找。

原點查找過程信號
地址 名稱
00000 砂輪進給軸原點接近
00001 砂輪進給軸原點
00002 工作臺原點接近
00003 工作臺原點
00004 砂輪進給軸前限位
00005 砂輪進給軸后限位
00006 工作臺左限位
00007 工作臺右限位

1.3 系統控制的實現

同軸加工機有三種工作方式：手動操作、條件設定、自動運行，可從觸摸屏上選擇。

手動操作方式分為基本手動操作，工作臺手動操作、砂輪架手動操作和修整手動操作。基本手動操作主要實現左右夾板的開合，張力的松緊，切削液的供給，砂輪、導輪的啟停；工作臺手動操作實現工作臺高速移動、低速移動、點動移動、原點查找和試驗運行。工作臺試驗運行是工作臺以在條件設定中設定的速度和位置左右往復運動；砂輪架手動操作實現砂輪架回原點、前進端移動、后退端移動、高速移動、低速移動、點動；修整手動操作即修整導輪，分準備、開始、停止三步。準備階段砂輪架后退到后退端，工作臺移動到原點。開始則工作臺以在條件設定中設定的速度和位置左右往復運動，停止則砂輪架、工作臺返回。
在條件設定方式下，可設定砂輪線速度、砂輪架速度、導輪線速度、砂輪進給量、工作臺左右運行的時間和次數、磨削時工作臺的左右位置、修整時工作臺的左右位置、砂輪架的位置。砂輪架位置設定，可實現原點查找、回原點、回零等功能。
自動運行包括運行準備、裝工件、啟動三個過程。運行準備，首先砂輪向運行開始點—砂輪架原點移動，然后向運行原點移動。砂輪架和工作臺到達目標位置則準備完畢。最后安裝好工件，此時可以啟動運行過程，機床進入自動磨削。

1.4 伺服參數設置
參數 設置值
B00 1
B01 2
B10 40

2 結束語
數控磨床采用PLC控制，價格便宜、性能可靠、界面宜人、操作方便，且一旦發生故障，蜂鳴器及時報警，并且在觸摸屏上顯示出故障名稱，使操作人員及時準確地找到故障原因并及時排除故障。該機床目前運行情況良好，狀態正常，達到了預期目標。