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qnbbw885
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樓主  發(fā)表于: 2008-09-14 17:35


摘要:提出了PLC與伺服系統(tǒng)在數(shù)控車床的模擬量、數(shù)字量控制和位置控制中的綜合應(yīng)用,介紹了三菱公司FX2N系列PLC在數(shù)控車床中的應(yīng)用前景,對車床的運動軌跡進(jìn)行了討論,詳細(xì)闡述了機床控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計,使機床在加工中精度得以保證。
關(guān)鍵詞:PLC  伺服系統(tǒng)  運動軌跡  精度
1、引言
近年來,PLC在工業(yè)自動控制領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣,它在控制性能,組機周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的•綜合優(yōu)勢是其他工控產(chǎn)品難以比擬的。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展,它在位置控制,過程控制,數(shù)據(jù)處理等方面的應(yīng)用越來越多。
數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ),這個基礎(chǔ)是否牢固直接影響到一個國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國力,關(guān)系到一個國家的戰(zhàn)略地位,因此,世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家均采取各種措施來改進(jìn)和完善自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。作為制造業(yè)中最具廣泛代表性的車床,越來越被人們所重視,由于傳統(tǒng)的數(shù)控車床,大多采用MCS--51單片機、步進(jìn)電機及繼電線路,這種控制方式由于存在繼電器線路復(fù)雜,故障排除時間長,并存在:①單片機易受外部信號(特別是中高頻電源設(shè)備的干擾,穩(wěn)定性差);②步進(jìn)電機由于是開環(huán)控制,加工精度離散性大,存在著累積誤差;③繼電線路存在著滯后現(xiàn)象。針對上述問題,在保證加工精度要求的前提下,充分利用現(xiàn)代控制技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)控車床的精確控制。下面就老式簡易數(shù)控車床改為精車機來淺談一下。
2、數(shù)控方案的組成
數(shù)控車床在加工工件時,首先由主軸夾緊工件,然后由主電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn),其次是車刀在X、Z平面內(nèi)作二維運動,其相對位置是由人機界面或計算機(NC)傳來的數(shù)字量(D或M),經(jīng)PLC后再由伺服驅(qū)動器帶動相應(yīng)的馬達(dá)作相應(yīng)的運動,加工出所要求的形狀和精度。為使最大限度的節(jié)約成本,本機采用了FX2N-80MT PLC這種型號帶有2路獨立的高速脈沖輸出,同時他帶有很強的計算,診斷功能,便于機器的軌跡運算和報警管理,同時為使車床能夠高效的加工切削工件,主軸采用了無級變速控制,另加一塊特殊功能模塊D/A(FX2n-20A),其主要硬件布置圖(1)

本機采用松下交流伺服驅(qū)動器,其型號為MSMA15A/A為型號,其特點如下:
(1)無電刷和換向器,因此工作可靠,對維護(hù)和保養(yǎng)要求低。
     (2)  定子繞組散熱比較方便。
     ⑶慣量小,易于提高系統(tǒng)的快速性。
     ⑷適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。
     ⑸同功率下有較小的體積和重量
一般車床要求工作精度為0.01mm,滾珠絲桿螺距為Pb=10mm,伺服電機旋轉(zhuǎn)編碼器分辨率為Pe=25000脈沖/轉(zhuǎn),X軸Z軸的減速比為1/5,X軸Z軸的脈沖當(dāng)量為0.0008mm/脈沖,按照以上的設(shè)置機床完全能夠達(dá)到預(yù)置的目的。
主軸采用三菱變頻器FR-A500具有以下特點:
(1),與PLC通信方便。
(2),速度方式多,調(diào)速范圍廣,能夠滿足絕大部分工件的切削要求。
(3)控制方式簡易,外部接線少。
采用模擬器控制接口。其轉(zhuǎn)速由PC或(NC)上設(shè)置,通過PLC的特殊功能模塊(D/A),來控制主軸,以達(dá)到各種材料的最佳切削轉(zhuǎn)速。
3、PLC控制回路
3.1硬件方面
COM    X0    X1    X2    X3    X4    X5    X6    X7    X10    X11    X12    X13    X14    X15
Fx2n-60MT
COM0    Y0    COM1    Y1    Y2    Y3    Y4    Y5    Y6    Y7    Y10    Y11    Y12    Y13    Y14

注:Xo,X1:手搖脈沖發(fā)生器輸入;X2:主軸啟動。X3:主軸停止;
X4:X軸零點;X5:步進(jìn)與自動選擇;X6:程序結(jié)束;
X7:X軸前保護(hù);
X10:X軸后保護(hù);X11:Z軸前保護(hù);X12:Z軸后保護(hù);
X13:急停;X14:X軸零點;X15:Z軸零點;X16:油泵啟動;
x17:油泵停止。
COM0:至X軸伺服驅(qū)動器公共端;COM1:至Z軸伺服驅(qū)動器公共端;
Y0:X軸伺服信號輸入;Y1:Z軸伺服信號輸入;Y2:主軸正轉(zhuǎn);Y3:主軸反轉(zhuǎn);Y4:油泵電機;Y5~Y14:其他輸出(輔助裝置)。
本文重點闡述伺服圓弧軌跡形成的PLC設(shè)計過程和主軸無級變速,對機床其他硬件軟件設(shè)計不再一一闡述。其部分PLC接線圖見上。
3.2相關(guān)程序設(shè)計與操作
車床顯示界面LCD采用松下人機界面,其操作界面運用VC或松下專用編程語言進(jìn)行,其與PLC的通訊,通過RS232  422雙工位通信,負(fù)責(zé)把車刀的補償量,車削數(shù)據(jù)輸入和對不同工件的數(shù)據(jù)存儲、調(diào)用等。并按事先編制好的錯誤提示信息,對故障進(jìn)行提示輔助排除故障,并且對車刀的運動軌跡進(jìn)行仿真,需要車削的形狀尺寸由LCD中的EEPROM通過RS232C口傳送到PLC的EEPROM中存儲。
PLC負(fù)責(zé)對外圍設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行采樣,并根據(jù)采樣結(jié)果,對照工藝要求,執(zhí)行相應(yīng)的動作過程,對于每一工件,每一把刀,分別編制不同的子程序,以便于現(xiàn)場的調(diào)試和程序維護(hù)、程序設(shè)計基本思路,系統(tǒng)的X軸和Z軸各有一個機械原點。程序初始化時,執(zhí)行一次回原點,然后根據(jù)第二次調(diào)試的數(shù)據(jù)設(shè)定電氣原點,根據(jù)機械的正反轉(zhuǎn)間隙補償量,按照給定的數(shù)據(jù)進(jìn)行軌跡運動,完成工件的切削,因車床的許多程序都采用模塊化設(shè)計。其加工程序圖如下圖

圖3
為了更好的說明,下面就車削中經(jīng)常用到,又具有典型加工的圓弧加工系統(tǒng)作詳細(xì)的介紹。
3.3梯形圖

見附圖

3.4程序解釋
在上面的程序中,Do圓弧起點X軸坐標(biāo)(Xo),D2圓弧終點X軸坐標(biāo)(Xe),D4 X方向長度(Xe-Xo) D6 X動點坐標(biāo),D10圓弧起點Y軸坐標(biāo)(Yo),D12圓弧終點Y軸坐標(biāo),D14 Y方向長度(Ye-Yo),D16 Y動點坐標(biāo)。上述程序用逐點比較法進(jìn)行圓弧插補,是根據(jù)動點偏離,圓弧的位置(即偏差)來確定動點的走向,走一步,算一步,逐點比較,使其不離開曲線左右,跟蹤圓弧軌跡達(dá)到要求的終點。其中在上述程序中MRO為伺服允許動作條件。伺服系統(tǒng)子程序首先判別是否起點和終點相符合,若沒有達(dá)到終點,則繼續(xù)判斷,來決定X、Z方向伺服電機運動,其中時間為決點,伺服運動的慢快。當(dāng)一個行程工作完成后,程序跳回到圓弧加工的起始位置,對D0~D30中的數(shù)據(jù)清零。
4.結(jié)束語:
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,PLC功能也不斷增強,可靠性不斷提高,在舊設(shè)備技術(shù)更新上應(yīng)用越來越廣泛。
再者,PLC性價比較高,使用方便,編程容易,適用于惡劣工作環(huán)境中,對大部分舊設(shè)備的技改是可行的。
參考文獻(xiàn)
⑴高級維修電工  上海職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)教研室
⑵可編程序控制器應(yīng)用指南  易傳祿、韓希堯 編著
⑶SR-20/21/22  用戶手冊  中外合資華光電子有限公司
(4)變頻器應(yīng)用手冊 吳忠智 吳加林編著 機械工業(yè)出版社
云子賢
給自己一些時間,或許可以......
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1樓  發(fā)表于: 2010-12-27 18:03
多看手冊少泡妞,哈.....

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