珩磨機控制系統要求一 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一邊做往復運動，并使珩磨砂條以一定的壓力壓向工件的被珩磨外表，同時注入大量的冷卻液，以對工件的尺寸、形狀、外表粗糙度進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，主要用于內孔平臺網紋加工，由于珩磨砂條在孔內不斷擴張，以使孔的尺寸和形狀精度得以改善。圖1珩磨頭圖2工件內外表二 珩磨機簡介數控珩磨機是針對國內發動機氣缸體氣缸套加工行業而開發的一種高性能、高精度、高可靠性和高平安性的全閉環控制數控產品。適用于加工各種發動機氣缸體孔、氣缸套孔等精密孔，加工后可獲得高質量的微觀網紋，是氣缸體、氣缸套孔等工件的理想珩磨加工設備。該機床采用西門子S7-300PLC控制，由液壓伺服系統驅動，同時配備有在線自動測量系統，可實現單機自動化，也可納入自動生產線，具有很高的生產效率。三 珩磨機性能介紹1．變頻電機通過鏈條傳動產生主軸旋轉運動，變頻電機由變頻器驅動，可實現無級調速，主軸旋轉速度由電機內裝編碼器檢測并反應到變頻器，實現閉環控制。2．主軸往復運動采用液壓伺服控制，往復速度可無級調速。主軸位置由絕對編碼器檢測，實現閉環控制。3．珩磨頭結構為雙進給結構，可實現平臺網紋珩磨，珩磨進給壓力通過伺服閥調節，實現閉環控制。珩磨尺寸由在線自動測量系統控制。4．機床工作臺采用電動回轉工作臺，分度速度快，定位精度高，穩定可靠。5．該機床為單軸兩工位。在珩磨加工的同時可進行工件的上下料操作，使工作輔助時間為零，大大提高了加工效率。6．機床工作臺及防護門安裝有傳感器和互鎖開關，防止誤操作的發生，確保工作者和機床的平安。7．機床液壓系統采用國際知名品牌液壓元件，泵站由國內知名專業廠家精心制作，同時配備有強制冷卻系統，保證了機床的高穩定性和高可靠性。8．機床冷卻系統為循環冷卻，配備高性能的磁滾紙帶過濾機對珩磨液進行兩級過濾，再通過油冷機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行冷卻?！辈噬壕э@示器，良好的人機界面、人性化的設計使操作更加便捷。四 珩磨機加工的特殊要求 1． 網紋夾角的要求在珩磨加工面上，由于使珩磨頭旋轉并做往復運動，所以可以得到特有的網紋加工面。在珩磨機的加工要求中，珩磨網紋交叉角a有一定的精度要求，珩磨頭旋轉速度與往復速度有相應的比率關系，一般由主軸轉速、工件直徑、網紋夾角確定主軸往復速度。由公式Vs=Vr*TAN(a/2)=(π*D*n/1000)*TAN(a/2)給出，其中Vs為珩磨頭往復速度，Vr為珩磨頭旋轉速度，D為工件直徑，n為主軸轉速，a為網紋夾角。影響網紋夾角的主要因素是主軸往復速度及主軸轉速，一般要求主軸轉速為120rpm，主軸往復速度為25m/min。圖4加工外表示意圖2．網紋換向圓弧的要求 主軸運動方式為往復運動，在主軸換向時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間以及加減速度。國外設備換向時間為20ms以內，加減速度可到達25m/s2，甚至更高。3．內外表網紋深度及清潔度的要求珩磨內外表對網紋深度、分布均勻程度等網紋參數均有較高要求，所以對珩磨往復速度和主軸旋轉速度及珩磨時的砂條壓力需進行閉環控制。另外，由于對內外表清潔度的要求，對珩磨頭的停止位置及運動軌跡的連續性上也有較高的要求。五 珩磨機控制時序的描述 1．珩磨機結構珩磨機主要傳動局部由主電機、主軸、連桿、珩磨頭組成，下列圖示意了其主要結構：圖5珩磨機傳動圖2．下列圖示意了珩磨機的主要工作時序：圖6珩磨機主要時序珩磨機主要時序要求eq\o\ac(○,1)珩磨頭運動到起始位置；eq\o\ac(○,2)珩磨頭運行到行程中位；eq\o\ac(○,3)運行去余量程序，珩磨頭開始往復運動，主軸開始旋轉，粗珩砂條伸出，進行去余量的過程；eq\o\ac(○,4)去余量尺寸到達后，粗珩砂條收回，珩磨頭運行到停止位置，主軸停止旋轉；eq\o\ac(○,5)珩磨頭運行到行程中位；eq\o\ac(○,6)運行拉網紋程序，珩磨頭開始往復運動，主軸開始旋轉，粗珩砂條伸出，進行拉網紋的過程；拉網紋尺寸到達后，粗珩砂條收回，開始運行平頂程序，精珩砂條伸出，進行平頂的過程；eq\o\ac(○,7)平頂延時到達后，精珩砂條收回，珩磨頭運行到停止位置，主軸停止旋轉；eq\o\ac(○,8)重復上述過程。六數控珩磨機控制系統配置 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)”人機界面：6AV6542-0CC10-0AX0 下列圖示意了該機床控制系統結構：圖7控制系統結構圖七 目前控制系統中存在的問題 1．加減速速度無法設定到理想值，目前加減速度超過7m/s2，系統會頻繁出現341號報警，報警內容為Nodrivemovement，導致軸運行停止。分析原因一個是液壓系統的跟隨性不好；另一個是FM354與CPU通訊時間長造成。 2．人機界面上顯示的進給速度與實際進給速度存在偏差，液壓壓力大時，偏差小，反之，液壓壓力小時，偏差小，但始終無法到達一致。該速度是由絕對位置編碼器反應到FM354位控模塊X3接口，再由PLC讀出DB10.DBD314中的實際值，顯示在人機界面上。3．由于拉網紋程序和平頂程序中，珩磨頭往復的上下行程是需要設定為不同的值，所以運行過程中在執行兩個程序轉換時必須先停止正在運行的程序，再轉換到下一程序，重新啟動，這個轉換過程需要消耗一定的時間，并且這時候主軸旋轉不會停止，會造成導向條造成在加工內壁上出現橫向的劃痕。 4．由于FM354程序上的限制，當加工尺寸到達時，珩磨頭的停止位置在上下行程之間，也就是在工件內部，這樣當珩磨頭離開工件時會造成豎向的劃痕。 5．去余量、拉網紋、平頂程序中上、下行程值均需操作員根據工件加工情況隨時修正，目前使用FM354位控模塊的Modifyparameters/data功能，每做一個值的修改均需激活一次，操作麻煩。 6．人機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現往復運動，使用參數化編程實現幾個行程的靈活修正。 方案如下：圖8方案一示意圖 2．選用技術功能型CPU，CPU317T-2DP，使用其運動控制DP接口，連接ADI4模擬量控制驅動器接口模板，驅動液壓伺服閥。圖9方案二示意圖 3．開發用于珩磨的數控系統，專門用于珩磨機控制的單軸數控系統，獨立的CNC控制軟件；內置或外置PMC，具有數字信號DI96/DO4