1引言

研磨設(shè)備是對(duì)工件的表面進(jìn)行精加工的設(shè)備，此類設(shè)備廣泛用于軸承汽車工業(yè)、刀具及機(jī)床加工工業(yè)、空氣壓縮機(jī)和電機(jī)工業(yè)、液壓氣壓及密封工業(yè)等行業(yè)，零部件等需研磨工件領(lǐng)域。我國(guó)的研磨設(shè)備制造業(yè)普遍存在耗能高、噪音大、污染大、效率低等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了操作者身心健康和周邊環(huán)境。近年來(lái)越來(lái)越多的用戶對(duì)機(jī)床人性化、精度、效率等提出了更多的要求，原有的設(shè)備已滿足不了用戶的需求，這就促使我們?cè)谘邪l(fā)時(shí)，基于現(xiàn)有機(jī)床制造技術(shù)，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化重構(gòu)，從而達(dá)到降低機(jī)床耗能和噪音的目的。

2系統(tǒng)概述

雙面研磨機(jī)的加工原理為：批量工件在行星輪內(nèi)由中心輪帶動(dòng)作圓周運(yùn)動(dòng)，上、下研磨盤旋轉(zhuǎn)磨削加工?？刂撇糠种饕捎脷鈩?dòng)控制，由電磁閥和氣缸配合傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作控制。

我們新一代升級(jí)改進(jìn)的研磨加工設(shè)備在如下幾個(gè)方面利用了臺(tái)達(dá)電氣進(jìn)行了創(chuàng)新和研發(fā)：

（1）VFD-E系列變頻器的使用簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)

利用減速電機(jī)代替復(fù)雜的齒輪和渦輪蝸桿機(jī)械傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)速度連續(xù)可調(diào)。原機(jī)床速度調(diào)節(jié)為機(jī)械換檔變速，只有四檔速度可調(diào)且嚴(yán)禁加工中速度轉(zhuǎn)換，且使用中會(huì)因加工零件問(wèn)題而出現(xiàn)大的噪聲和磨損問(wèn)題。新的設(shè)計(jì)中采用減速電機(jī)直連傳動(dòng)軸，變頻無(wú)級(jí)調(diào)速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)速度控制能力強(qiáng)，運(yùn)轉(zhuǎn)中可以平滑調(diào)速，從而在工件研磨過(guò)程中，更能滿足加工工藝對(duì)機(jī)床工作轉(zhuǎn)速的要求。而且高速僅為修盤時(shí)使用，正常加工時(shí)速度一般較低，也達(dá)到了節(jié)能降耗、降低噪音的目的。（2）ASDA-A2伺服的使用實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)上下料，提高上料效率

中心輪的旋轉(zhuǎn)既要帶動(dòng)工件加工時(shí)旋轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)，又要實(shí)現(xiàn)帶動(dòng)行星輪按一定角度旋轉(zhuǎn)定位，使裝載工件的行星輪在上下料的位置精確停止，以便于快速完成工件的裝卸。設(shè)計(jì)中采用中慣量伺服系統(tǒng)ASDA-A2驅(qū)動(dòng)ECMA伺服電機(jī)，利用伺服控制器的Pr路徑定義所需的速度及目的位置參數(shù)，省卻繁瑣的編程及外部控制，十分方便。

（3）DOP-AE觸摸屏和DVP-EHPLC的使用使機(jī)床接線簡(jiǎn)單

因機(jī)床動(dòng)作較多，需要顯示和設(shè)定的數(shù)據(jù)也較多。如果用機(jī)械連接方式，則會(huì)大大增加PLC的輸入點(diǎn)數(shù)及電氣連線，故障率也會(huì)大大增加，本機(jī)中采用了PLC和觸摸屏相結(jié)合的方案。整機(jī)核心控制采用了臺(tái)達(dá)的EHPLC控制，操作終端采用臺(tái)達(dá)的8寸256色真彩觸摸屏，兩者通過(guò)通訊線連接即可。操作面板上除了必需的快捷鍵外，其余的按鈕操作、工作參數(shù)修改設(shè)定、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、進(jìn)程顯示、報(bào)警或提示信息顯示均在觸摸屏上進(jìn)行。

（4）利用通訊技術(shù)使機(jī)器更智能化

臺(tái)達(dá)PLC編程軟件功能強(qiáng)大，變頻器及伺服均內(nèi)置RS485標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，使得PLC與變頻器、伺服通訊控制及其方便，而且成本低廉。雙絞線及簡(jiǎn)單語(yǔ)句就實(shí)現(xiàn)了動(dòng)作控制、速度調(diào)定及報(bào)警監(jiān)控等功能。

（5）尺寸控制和CBN砂輪提高效率

采用CBN砂輪磨削，其耐磨性為在線測(cè)量提供了保證，從而可以利用相對(duì)測(cè)量，對(duì)機(jī)床加工工件尺寸做出較精確測(cè)量。本機(jī)最終工件尺寸測(cè)量精度達(dá)1μm，這樣極大地縮短了加工測(cè)量時(shí)間，提高了加工效率。

系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

為了保證整機(jī)動(dòng)作的安全可靠及長(zhǎng)使用壽命，在電網(wǎng)和電柜進(jìn)線處加有隔離開(kāi)關(guān)分?jǐn)嘌b置及電源濾波器。PLC電源處加有電源濾波器，輸出點(diǎn)加有終端繼電器保護(hù)。

3動(dòng)作控制

本機(jī)由四個(gè)氣缸分別驅(qū)動(dòng)上研磨盤擺入、擺出，上升、下降，放松、夾緊及外環(huán)上升、下降，氣缸的行程由各自的限位開(kāi)關(guān)限定運(yùn)動(dòng)極限位置。加工過(guò)程分為預(yù)壓、主壓、后壓三個(gè)自動(dòng)轉(zhuǎn)換加工階段，可分別實(shí)現(xiàn)消除工件自身誤差、去除尺寸、整形的目的。上下研磨盤及中心輪電機(jī)的旋轉(zhuǎn)可以隨時(shí)在人機(jī)界面上輸入所需的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速，也可以直接選用所需的轉(zhuǎn)速組一鍵設(shè)定所需轉(zhuǎn)速。隨時(shí)可調(diào)的轉(zhuǎn)速和壓力為加工各種不同的工件提供了可能。各種輔助時(shí)間等也可以按需設(shè)定。

4軟件設(shè)計(jì)

（1）PLC部分

工作流程如下：

首先選擇好加工模式，例如：手動(dòng)模式、時(shí)間模式、尺寸模式修整模式。

手動(dòng)模式下可以進(jìn)行各動(dòng)作的調(diào)整，各電機(jī)上、下盤旋轉(zhuǎn)方向、速度等，冷卻液開(kāi)啟、主加工或精加工等。

時(shí)間循環(huán)過(guò)程是：搖臂右擺至工作位置—上研磨盤下降—開(kāi)冷卻油—研磨盤旋轉(zhuǎn)—初加工、主加工、精加工壓力按設(shè)定時(shí)間自動(dòng)轉(zhuǎn)換—研磨盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)—上研磨盤上升—搖臂左擺至極限位置—檢查工件尺寸。修整模式基本同于時(shí)間模式動(dòng)作，只是加工工件改為修整砂輪盤的平面度及銳利度。

尺寸模式下按下循環(huán)起動(dòng)按鈕，搖臂右擺至工作位置，夾緊機(jī)構(gòu)動(dòng)作使搖臂夾緊—上研磨盤下降，開(kāi)啟冷卻油—上盤下降至工件，研磨盤啟動(dòng)，初、主、精加工壓力自動(dòng)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間由予先調(diào)定尺寸值控制—尺寸到以后，研磨盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)，冷卻油停止，上盤上升—夾緊機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使搖臂松開(kāi)—搖臂向左擺出—檢查工件尺寸。（2）變頻器及伺服參數(shù)設(shè)定

為了保證三電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)和停止，對(duì)慣性大的上研磨盤變頻器加制動(dòng)電阻控制，縮短停機(jī)時(shí)間，與其它電機(jī)同步停止工作，保證加工零件的表面精度。其余參數(shù)設(shè)定主要是運(yùn)轉(zhuǎn)指令來(lái)源，頻率指令來(lái)源，通訊協(xié)議、通訊地址設(shè)定。伺服參數(shù)除對(duì)加減速時(shí)間進(jìn)行設(shè)定外，重在對(duì)輸入輸出參數(shù)組進(jìn)行設(shè)定，可以將伺服ON、正反轉(zhuǎn)行程末端直接進(jìn)行定義，無(wú)需外部接線；對(duì)Pr路徑參數(shù)設(shè)定，保證上下料時(shí)，不同數(shù)目行星輪的合適的旋轉(zhuǎn)速度和精確位置。

（3）觸摸屏部分

臺(tái)達(dá)觸摸屏與臺(tái)達(dá)EHPLC采用RS232口通訊，在觸摸屏程序中需預(yù)先設(shè)定連接的PLC類型，相應(yīng)的通訊口，通訊速率，人機(jī)及Controller站號(hào)，系統(tǒng)控制區(qū)及狀態(tài)區(qū)。

根據(jù)系統(tǒng)功能的需要，觸摸屏畫面設(shè)計(jì)了動(dòng)作操作、進(jìn)程顯示、參數(shù)設(shè)定，報(bào)警提示等功能。當(dāng)電機(jī)報(bào)警或氣缸磁性開(kāi)關(guān)及接近開(kāi)關(guān)不到位時(shí)，及時(shí)在觸摸屏的底部自動(dòng)彈出滾動(dòng)形式的提示和報(bào)警信息，便于操作者及維修人員快速查找故障原因。

多國(guó)語(yǔ)系可以很方便地實(shí)現(xiàn)中英文之間的切換，無(wú)需多余的畫圖2是加工監(jiān)控畫面之一，圖3是參數(shù)設(shè)定畫面之一。

在每屏上我們?cè)O(shè)有實(shí)時(shí)加工時(shí)間顯示及循環(huán)加工程顯示，便于觀察，動(dòng)作所需時(shí)間等參數(shù)的設(shè)定視機(jī)床操作要求設(shè)掉電保護(hù)功能或密碼保護(hù)功能。設(shè)定數(shù)據(jù)時(shí)需先按下“數(shù)據(jù)設(shè)定未啟”按鈕，變?yōu)?ldquo;數(shù)據(jù)設(shè)定啟用”，然后用手觸摸需設(shè)定的數(shù)據(jù)對(duì)象，就會(huì)自動(dòng)彈出一個(gè)小鍵盤，輸入想設(shè)定的數(shù)據(jù)后，按下“ENT”鍵后，鍵盤自動(dòng)從屏幕上消失，循環(huán)時(shí)按鍵自動(dòng)變?yōu)?ldquo;數(shù)據(jù)設(shè)定未啟”，這樣可以防止循環(huán)加工時(shí)的誤操作及有效利用屏幕。

5結(jié)束語(yǔ)

臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品PLC、觸摸屏、變頻器及伺服在雙面研磨機(jī)上的應(yīng)用，簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和裝配接線工作，縮短了設(shè)計(jì)及試制周期，實(shí)時(shí)的監(jiān)視報(bào)警提示為安裝調(diào)試及維修提供了極大的便利，一鍵設(shè)定功能也使控制更靈活，性能更安全可靠。也因?yàn)楦鞴に噮?shù)的可以調(diào)定最佳值，使我們需研磨的高精度基礎(chǔ)零件的平面度、平行度、工件尺寸、加工效率等質(zhì)量參數(shù)都有很大提升。現(xiàn)該類設(shè)備使用效果良好，得到了用戶的認(rèn)可，也必然會(huì)應(yīng)用于更多領(lǐng)域。