雙軸珩磨機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用研究

于海峰 李虎 董志恒

摘要： 以富士雙軸珩磨機(jī)控制系統(tǒng)為例，研究闡述三菱Q系列PLC、GOT觸摸屏，發(fā)那科35I-MB數(shù)控系統(tǒng)，東京精密測量系統(tǒng)和上位機(jī)的組成，網(wǎng)絡(luò)通訊配置，交互信號和缸孔珩磨工作原理等方面，提高珩磨機(jī)控制系統(tǒng)技能掌握水平和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，縮短設(shè)備故障處理時(shí)間保障生產(chǎn)。

Abstract： Take Fuji honing machine control system for an example， research Mitsubishi Q reries PLC and GOT touch panel， FANUC 35I-MB numerical control system， network communication configuration， interactive signal， honing working principle for cylinder block， and so on. It can improve honing machine control system skills and system design ability， shorten equipment fault handling time and ensure production.

關(guān)鍵詞： 三菱Q系列PLC、GOT;發(fā)那科35I-MB數(shù)控系統(tǒng);PMC軸;CC-Link總線網(wǎng)絡(luò);TCP/IP以太網(wǎng)通訊;通訊配置

Key words： mitsubishi Q series PLC、GOT;FANUC 35I-MB numerical control system;PMC axis;CC-Link bus network;TCP/IP ethernet communication;communication configuration

中圖分類號：U461.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）19-0004-02

0? 引言

珩磨機(jī)是汽車制造業(yè)發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線上用于缸孔珩磨的設(shè)備。珩磨機(jī)國外廠家有德國格林和納格爾，日本富士和善能，國內(nèi)有北京第一機(jī)床集團(tuán)第三機(jī)床廠和寧夏大河機(jī)床集團(tuán)。上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司引進(jìn)了格林、納格爾和富士三種珩磨機(jī)，前兩者屬于單軸珩磨，只有富士珩磨機(jī)引進(jìn)雙軸珩磨機(jī)，兼容5種三四缸機(jī)型，生產(chǎn)效率高，控制復(fù)雜。本文重點(diǎn)把富士雙軸珩磨機(jī)作為典型，分析其控制系統(tǒng)組成部分，通訊設(shè)計(jì)和工作原理。對于提高雙軸珩磨機(jī)的技能水平，縮短故障處理時(shí)間，同時(shí)提高設(shè)備改造能力和新項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力等等方面都有很大必要性。

1? 硬件組成

富士雙軸珩磨機(jī)控制系統(tǒng)主要由三菱Q系列PLC硬件組態(tài)相關(guān)產(chǎn)品，發(fā)那科35I-MB數(shù)控系統(tǒng)和東京精密測量儀，上位機(jī)等組成。

1.1 三菱Q系列PLC硬件組態(tài)? CPU型號Q13UDEH，內(nèi)置1個(gè)以太網(wǎng)接口，1張F(tuán)lash存儲卡。配置兩個(gè)CC-Link總線主站模塊QJ61BT11N，一個(gè)以太網(wǎng)模塊QJ71E71。輸入模塊配置11個(gè)32位QX81，1個(gè)16位QX80;輸出模塊配置14個(gè)32位QY81P，4個(gè)16位QY80。主底板Q312B，兩個(gè)擴(kuò)展底板Q612B，每個(gè)底板都配有Q63P的電源模塊為底板和其他模塊供電。3個(gè)操作面板GT1685M-STBD，屬于GOT1000系列。

1.2 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成? 如表1所示，各工位裝置單獨(dú)配備35I-MB分離型數(shù)控系統(tǒng)，共9個(gè)NCU控制器，每個(gè)NCU控制器控制不超過3個(gè)PMC軸。漲刀軸功率小，選用Fanuc的βi伺服放大器和伺服電機(jī)，其他PMC軸采用αi伺服放大器和伺服電機(jī)。伺服電機(jī)均有絕對式編碼器作為全閉環(huán)系統(tǒng)位置反饋，位置控制更為精確。

2? 網(wǎng)絡(luò)通訊

2.1 CC-Link現(xiàn)場總線通訊? 三菱PLC硬件組態(tài)中使用到兩個(gè)CC-Link主站模塊構(gòu)成兩個(gè)CC-Link現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

①主站模塊1連接NCU的CC-Link插槽上，各控制器作為遠(yuǎn)程設(shè)備站通過CC-Link現(xiàn)場總線相連。每個(gè)控制器占4個(gè)站，共占36個(gè)子站。遠(yuǎn)程設(shè)備站控制器在PLC和數(shù)控系統(tǒng)中地址對應(yīng)情況如下：遠(yuǎn)程設(shè)備站寄存器讀取RWr和寫入RWw分別映射對應(yīng)PLC中的首地址D14000和D14500，如圖2所示。也映射對應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)中CC-Link遠(yuǎn)程設(shè)備設(shè)定讀取RWr首地址R5400和寫入RWw首地址R5300。遠(yuǎn)程設(shè)備站輸入RX和遠(yuǎn)程輸出RY分別映射對應(yīng)PLC中首地址X1000和Y1000。也映射對應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)中CC-Link遠(yuǎn)程設(shè)備設(shè)定輸出RY首地址R5100和輸出RX首地址R5200。②主站模塊2連接64個(gè)子站，由于CC-Link通信距離長和分支多，通過中繼器Reapter Hub與各現(xiàn)場輸入輸出等子站模塊相連。在PLC編程軟件GX-Works2中，設(shè)置的遠(yuǎn)程輸入RX和遠(yuǎn)程輸出RY分別為X600和Y600，總站數(shù)設(shè)置64。如圖1所示，由于CC-Link采用的是CC-Link專用通訊線纜，總線最后一個(gè)子站和CC-Link主站模塊的兩端要各連接一個(gè)110歐的終端電阻以形成閉環(huán)。

2.2 TCP/IP以太網(wǎng)通訊? 以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用兩處，一是Fanuc數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部，二是三菱PLC應(yīng)用。

①數(shù)控系統(tǒng)每3個(gè)控制器通過1個(gè)Hub集線器相連，再通過網(wǎng)線連接1個(gè)操作面板。通過旋鈕切換選擇NCU控制器。以第2個(gè)面板為例，旋鈕觸發(fā)輸入信號，在PLC中經(jīng)過邏輯運(yùn)算賦值D14500，通過CC-Link總線，映射寫入數(shù)控系統(tǒng)PMC的R5300中。再通過CSD系統(tǒng)軟件切換顯示3個(gè)NCU數(shù)控系統(tǒng)界面，以便對相應(yīng)控制器操作。②在三菱PLC以太網(wǎng)通訊中，以太網(wǎng)模塊通過1個(gè)Hub連接3個(gè)GOT操作面板，Hub連接到工廠網(wǎng)絡(luò)層，可遠(yuǎn)程連接三菱PLC以監(jiān)控現(xiàn)場機(jī)床設(shè)備狀態(tài)。PLC的CPU內(nèi)置以太網(wǎng)口，通過1個(gè)Hub連接兩臺上位機(jī)電腦。

2.3 交互信號? 由于珩磨程序是廠家核心技術(shù)，廠家用Fanuc宏執(zhí)行器編輯珩磨源程序完成后再封裝寫入FROM導(dǎo)致無法查看程序。研究Fanuc數(shù)控系統(tǒng)與三菱PLC的交互信號有助于理解珩磨程序和整機(jī)運(yùn)行原理。Fanuc數(shù)控系統(tǒng)與三菱PLC信號交互主要采取兩種形式。一種是Fanuc系統(tǒng)中I/O Link數(shù)字輸入輸出單元24VDC普通線纜連接對應(yīng)三菱PLC的數(shù)字輸出輸入模塊，例如三菱PLC發(fā)送數(shù)控系統(tǒng)JOG模式、程序號、手動移動孔位置號和轉(zhuǎn)發(fā)東京精密測量儀氣檢SZ信號等等數(shù)字信號，而數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送三菱PLC自動運(yùn)行、軸移動中、加工步驟切換等信號。另一種是通過CC-Link通訊。PLC輸入信號包括缸孔的位置，缸孔的位置/速度顯示，NC選擇程序號和報(bào)警號等等。PLC輸出信號包括工位3、4、8軸通信數(shù)據(jù)，GOT上工位1缸孔預(yù)檢位置、工位6缸孔各檢測及校零位置、工位9曲軸孔檢測位置和輸送帶各位置速度參數(shù)等等。

3? 缸孔珩磨控制系統(tǒng)應(yīng)用原理

1個(gè)珩磨程序里，粗珩工位有3個(gè)步序step1-3，而在半精、精珩工位，有5個(gè)步序step1-5，半精對應(yīng)步序step1-3，精珩對應(yīng)step4-5。步序正常結(jié)束信號主要兩種，一種往復(fù)運(yùn)動行程次數(shù)達(dá)到設(shè)定值，一種氣電轉(zhuǎn)換器檢測缸孔加工余量達(dá)到設(shè)定值。自動運(yùn)行工件到位落座好后，PLC控制油缸夾緊工件，據(jù)工件類型輸出信號發(fā)送3位二進(jìn)制缸孔位置號、6位二進(jìn)制珩磨程序號和自動啟動等信號給NC控制器，NC控制器調(diào)用相應(yīng)珩磨程序。如圖3所示，珩磨程序調(diào)用后，NC指令Z軸移動到缸孔內(nèi)部，再控制機(jī)械漲刀C軸漲刀到貼靠值。NC控制器輸出0-10V電壓信號控制變頻器珩磨主軸轉(zhuǎn)速。珩磨主軸在缸孔內(nèi)部切削上下限往復(fù)珩磨缸孔，在切削下限時(shí)，C軸定量機(jī)械漲刀。氣電傳感器把檢測到的珩磨軸與缸壁的氣壓轉(zhuǎn)換為模擬電信號，反饋東京精密測量儀。當(dāng)該模擬信號到達(dá)測量儀設(shè)定值（根據(jù)缸孔加工余量設(shè)定）時(shí)輸出信號SZ1-4，通過PLC轉(zhuǎn)發(fā)給NC，該歩序結(jié)束。如未使用SZ信號，當(dāng)珩磨軸上下往復(fù)行程次數(shù)CNT達(dá)到時(shí)，該步序結(jié)束。

當(dāng)?shù)竭_(dá)步序4和5精珩時(shí)，機(jī)械漲刀回零點(diǎn)，輸出0-10V模擬量電壓信號控制液壓比例閥控制器，從而控制輸出液壓壓力。珩磨主軸在液壓漲刀下珩磨缸孔，在主軸回轉(zhuǎn)速度和往復(fù)速度同時(shí)作用下，珩磨出缸孔網(wǎng)紋角。步序的結(jié)束標(biāo)志，粗珩和半精珩為SZ信號，精珩為CNT行程次數(shù)。粗珩步序3或者精珩步序5結(jié)束，機(jī)械漲刀和液壓漲刀均收刀，往復(fù)Z軸上升到參考位置，代表整個(gè)珩磨程序結(jié)束。當(dāng)#1和#3號孔珩磨完，松開夾具，NC控制器PMC軸指令橫移X軸伺服電機(jī)，把左右雙軸機(jī)械結(jié)構(gòu)移動分別對應(yīng)#2號孔和#4號孔，再調(diào)用珩磨程序重復(fù)跟#1和#3號孔相同加工內(nèi)容。注：珩磨到達(dá)切削上下限時(shí)，PMC中的F10-F13譯碼M60和M61，再通過Y3.7輸出給PLC往復(fù)軸換向切換信號，作為報(bào)警防錯(cuò)用。左右軸橫移均通過PMC軸命令實(shí)現(xiàn)。

4? 結(jié)束語

富士雙軸珩磨機(jī)應(yīng)用技術(shù)復(fù)雜且有封裝，部分程序設(shè)置了密碼，結(jié)合作者豐富的設(shè)備維護(hù)改造經(jīng)驗(yàn)，對富士雙軸珩磨機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了比較全面的研究分析，這對機(jī)床操作者、維護(hù)人員和設(shè)計(jì)人員都有一定參考意義。

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