基于伺服接觸探測功能的刀具補償系統(tǒng)的實現(xiàn)

高健

摘要 本文介紹了基于伺服接觸探測功能的刀具補償系統(tǒng)的實現(xiàn)，介紹了伺服控制器接觸探測功能的原理及在實際應(yīng)用的設(shè)置，并采用結(jié)構(gòu)化編成方式編制了控制程序，實現(xiàn)了刀具補償功能，并在某石英石深加工廠成功應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]伺服接觸探測功能 對刀儀 結(jié)構(gòu)化編程

1 引言

在機床及其他銑鉆、切割生產(chǎn)過程中，使用的刀具會隨著使用時間增加而逐漸磨損，而刀具的磨損會影響加工的精度和質(zhì)量，因此很多高檔機床具有刀具補償功能，而很多普通設(shè)備不具有此功能。本文介紹了利用伺服接觸探測功能研發(fā)的三軸桁架式橫磨鉆孔機刀具補償功能的實現(xiàn)。這種刀具補償方式可廣泛應(yīng)用于切割、銑鉆加工等行業(yè)。

2 刀具補償功能的原理

刀具補償功能的原理是利用伺服接觸探測功能，由伺服電機驅(qū)動刀具運動，記錄刀具在工作前、后接觸同一對刀儀時的位置值，兩次位置值的差值即為刀具的磨損量，即下次工作需要補償?shù)奈灰屏?。伺服接觸探測功能是指伺服電機在運行過程中，伺服控制器的特定外部輸入點在有信號輸入時，在該信號上升沿時刻鎖存住當前的位置值。

3 刀具補償控制系統(tǒng)說明

3.1 控制系統(tǒng)組成

本設(shè)備控制系統(tǒng)采用CODESYS軟PLC作為控制器，采用ETHERCAT工業(yè)總線，控制遠程IO站和三軸伺服控制單元，X軸、Y軸伺服電機控制刀具水平方向移動;Z軸為升降軸，控制垂直方向移動。對刀儀型號為SK-66A-KC，反饋信號點為常開觸點，行程為5mm。對刀儀接至松下A5伺服控制器的X4連接器的SI5端子，對刀儀信號作為伺服接觸探測功能的觸發(fā)信號。

3.2 控制流程

具體控制過程如圖1所示，首先將帶刀具的Z軸移動至對刀儀上方;然后Z軸以PV速度模式快速運動至對刀儀上方某示教點處;接著Z軸以速度模式慢速運動至接觸到對刀儀并使其產(chǎn)生信號，此時伺服控制器鎖存住當前的位置值，且此時Z軸速度設(shè)置為零;接著Z軸向上以PP位置控制方式運行至Z軸零位。以上動作在新更換刀具時和刀具工作一段時間后各進行一次，兩次記錄的鎖存位置值的差值即為刀具的磨損量。在下次刀具切割或銑鉆操作時，刀具的Z軸位移設(shè)定值需加上檢測出的刀具磨損量值。

3.3 伺服設(shè)置及報文

將伺服控制器的IO參數(shù)SI5設(shè)置為16#202020，將參數(shù)3404設(shè)置為16#202020?？刂茍笪氖褂昧吮?所示的控制字和狀態(tài)字。松下伺服上電、操作使能及PP模式位置控制的控制方法，可參考筆者的另一篇文章[3]。使用松下伺服PV速度模式時，首先將伺服控制器上電、操作使能;再將操作模式控制字6060h設(shè)置為3，狀態(tài)字6061h反饋為3時，說明控制方式設(shè)置成功;然后將60FFh設(shè)置好速度設(shè)定值，伺服電機即可按照設(shè)定速度運動。使用接觸探測功能需將6088h設(shè)定為17，激活SI5接口對應(yīng)的接觸探測功能，6088h控制字各位意義如表2。17代表6088h的bit0和bit4位置1，激活接觸探測功能并設(shè)置上升沿觸發(fā)。在伺服電機運動過程中刀具觸發(fā)了對刀儀信號，在信號的上升沿伺服控制器就鎖定了此刻位置值并存儲在狀態(tài)字8 （60BAh）中。

4 控制程序功能塊說明

由于在刀具補償程序具體實現(xiàn)過程中要多次用到位置控制模式和速度控制模式，并在兩種模式間切換，因此我們在Codesys編程過程中，將伺服的上電、操作使能、點動等功能編制成功能塊（FB），即圖2中的Servon，將位置控制方式編成功能塊下的方法塊，即圖2中的MDI，接觸探測功能也編制成方法塊（TOUCHPRO），在接觸探測功能方法塊中編程過程中使用需要使用位置控制時，就可直接調(diào)用位置控制方法塊（MDI），這就實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化編程，如圖2。若有其他軸控制需要刀具補償功能直接調(diào)用接觸探測功能方法塊（TOUCHPRO）即可實現(xiàn)。

5 結(jié)束語

以上即為刀具補償控制系統(tǒng)的工作原理及具體實現(xiàn)，目前此套系統(tǒng)在石英石深加工企業(yè)己投入使用，設(shè)備運行穩(wěn)定，操作方面，受到用戶的好評。

參考文獻

[1] CODESYS基礎(chǔ)編程及應(yīng)用指南.

[2]松下A5B系列伺服驅(qū)動器Ethercat通信技術(shù)資料，

[3]使用軟PLC控制伺服定位功能的研究，