艾默生CT       李天亮

摘  要：在對數控磨溝機產品原理分析的基礎上


，論述了基於艾默生CT EC20H高速運動控製型PLC在機床數控集成自動化係統設計中的應用。對於需要多軸插補功能的機電伺服控製領域
，艾默生CT EC20H產品表現出強大的技術優勢。

關鍵詞：PLC 磨溝機 伺服 EC20H

　　1 引言

　　磨床屬於金屬工件表麵精密加工機床。磨床基本原理是用砂輪或油石（刃具）對(dui)零(ling)件(jian)表(biao)麵(mian)做(zuo)淺(qian)深(shen)度(du)微(wei)量(liang)切(qie)削(xue)加(jia)工(gong)。磨(mo)削(xue)時(shi)的(de)切(qie)削(xue)深(shen)度(du)很(hen)小(xiao)
，在(zai)一(yi)次(ci)行(xing)程(cheng)中(zhong)所(suo)能(neng)切(qie)除(chu)的(de)金(jin)屬(shu)層(ceng)很(hen)薄(bo)。磨(mo)具(ju)旋(xuan)轉(zhuan)為(wei)主(zhu)運(yun)動(dong)

，工(gong)件(jian)或(huo)磨(mo)具(ju)的(de)移(yi)動(dong)為(wei)進(jin)給(gei)運(yun)動(dong)。磨(mo)床(chuang)加(jia)工(gong)精(jing)度(du)高(gao)、表麵粗糙度Ra值小。磨削加工可以獲得較高的加工精度和很小的表麵粗糙度值。磨削不但可以加工軟材料，如未淬火鋼
、鑄鐵和有色金屬等，而且還可以加工淬火鋼及其他刀具不能加工的硬質材料如陶瓷與硬質合金等。

　　數(shu)控(kong)磨(mo)溝(gou)機(ji)屬(shu)於(yu)磨(mo)床(chuang)的(de)一(yi)種(zhong)，主(zhu)要(yao)用(yong)於(yu)磨(mo)製(zhi)絲(si)錐(zhui)鑽(zuan)頭(tou)等(deng)硬(ying)質(zhi)合(he)金(jin)工(gong)具(ju)排(pai)屑(xie)槽(cao)
，屬(shu)於(yu)比(bi)較(jiao)冷(leng)僻(pi)的(de)專(zhuan)用(yong)機(ji)械(xie)加(jia)工(gong)設(she)備(bei)，用(yong)量(liang)不(bu)大(da)，生(sheng)產(chan)廠(chang)家(jia)也(ye)比(bi)較(jiao)少(shao)，以(yi)進(jin)口(kou)設(she)備(bei)為(wei)主(zhu)。由(you)於(yu)數(shu)控(kong)磨(mo)溝(gou)機(ji)對(dui)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)要(yao)求(qiu)較(jiao)高(gao)
，難(nan)度(du)也(ye)比(bi)較(jiao)大(da)
，本(ben)項(xiang)目(mu)研(yan)發(fa)幾(ji)乎(hu)用(yong)到(dao)了(le)艾(ai)默(mo)生(sheng)CT EC20H型高速運動控製專用PLC的全部重要功能。數控磨溝機外形參見圖1。

圖1  數控磨溝機

　　2 數控磨溝機概念設計

　　2.1 係統需求分析

　　（1）工(gong)件(jian)進(jin)給(gei)分(fen)度(du)控(kong)製(zhi)。當(dang)加(jia)工(gong)工(gong)件(jian)進(jin)給(gei)時(shi)
，分(fen)度(du)軸(zhou)旋(xuan)轉(zhuan)分(fen)度(du)主(zhu)要(yao)有(you)兩(liang)個(ge)工(gong)藝(yi)要(yao)求(qiu)，一(yi)是(shi)在(zai)加(jia)工(gong)過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)允(yun)許(xu)改(gai)變(bian)分(fen)度(du)方(fang)向(xiang)
，隻(zhi)能(neng)單(dan)向(xiang)旋(xuan)轉(zhuan)用(yong)以(yi)消(xiao)除(chu)機(ji)械(xie)設(she)備(bei)的(de)反(fan)線(xian)誤(wu)差(cha)；二是分度加工時對溝槽加工的順序有特殊要求，而且刃數為偶數或奇數還有所不同。

　　圖2  偶數分度

　　偶數以一個8個刃數的銑刀為例，每個溝槽的加工順序是1
，5
，2，6，3
，7，4，8。即第一刃加工完成後，第一刃的起刀點與下一刃起刀點角度差為A，下一刃加工完成後這一刃的起刀點與後一刃的起刀點角度差為B，以此類推直到加工到最後一刃完成
，如圖2所示。。

圖3 奇數分度

　　奇數以一個5個刃數的銑刀為例，每個溝槽的加工順序是1，3
，5，2，4，如圖3所示。

　　（2）砂輪漸增量進給控製。工件在加工過程中，溝槽深度是逐漸變淺的一個過程。漸增量是指工件送進100mm時，砂輪提升的高度
，如圖4所示。

　　圖4 砂輪漸增量

　　（3）shalunxiuzhengbuchangkongzhi。shalunxiuzhengshiyinjiagonggongyidexuqiu，erjiangshalundehengjiemianxiuzhengchengsuoxuyaodexingzhuang

，changyongshalunzaimianxingzhuang，youliangzhixianyiyuanhu，yizhixianliangyuanhu
，sanyuanhu，rutu5所示。

　　圖5  砂輪載麵形狀

　　2.2   係統功能設計

　　（1）產品加工功能：送(song)料(liao)軸(zhou)用(yong)於(yu)控(kong)製(zhi)產(chan)品(pin)的(de)進(jin)給(gei)，旋(xuan)轉(zhuan)軸(zhou)通(tong)過(guo)直(zhi)線(xian)插(cha)補(bu)功(gong)能(neng)，實(shi)現(xian)與(yu)送(song)料(liao)軸(zhou)的(de)同(tong)步(bu)旋(xuan)轉(zhuan)，用(yong)以(yi)生(sheng)產(chan)出(chu)固(gu)定(ding)螺(luo)距(ju)和(he)導(dao)程(cheng)角(jiao)的(de)產(chan)品(pin)，砂(sha)輪(lun)進(jin)給(gei)軸(zhou)通(tong)過(guo)電(dian)子(zi)齒(chi)輪(lun)功(gong)能(neng)，實(shi)現(xian)與(yu)進(jin)料(liao)軸(zhou)固(gu)定(ding)比(bi)例(li)的(de)提(ti)升(sheng)。

　　（2）修整砂輪功能：為了提高產品質量，不同的用戶會將砂輪修整成不同的截麵形狀，該功能通過Y軸與Z軸的直線或圓弧插補實現該功能。

　　2.3 係統概念設計

　　按自動化程度可分為三種機電組合自動化方案。

　　（1）純液壓控製型：PLC僅提供邏輯控製
，產品的製作和砂輪的修整完全靠液壓和機械進行。

　　（2）普通PLC+液壓控製：PLC控製一個旋轉軸(A軸)實現工件的分度功能
，工件的進給和磨削等功能靠液壓及機械完成。

　　（3）NC（數控加工中心）係統：例如采用三菱的NC E60係統，控製三個軸(X+Y+A)實現產品的製作，主要實現了工件的進給和工件分度功能，砂輪的修整完全靠液壓係統完成，是目前自動化程度較高的解決方案之一。

　　3 艾默生CT EC20H解決方案

　　3.1 原理設計

　　本項目應用艾默生CT EC20H型高速運動控製專用PLC實現X+Y+Z+Azhouquanzhousifukongzhi
，shixiandegongnenggaoyushukongjiagongzhongxin。xiangmuzengjialeshalundexiuzhengheshalunmosunbuchanggongneng，yeshigaixiangmuzhongnanduzuidadebufen。jiyuaimoshengCT EC20H型PLC解決方案的係統原理如圖6所示。

圖6 艾默生CT PLC全軸伺服係統框圖

　　3.2電控係統設計

　　電控係統配置如圖7所示：觸摸屏HMI用於參數設定、設備狀態顯示等功能。伺服用於工作進給軸、旋轉軸、砂輪進給軸、磨頭軸的控製。永磁無刷電機用於控製磨頭的轉動。普通電機用於控製砂輪的轉動。

圖7  電控係統

　　3.3EC20H伺服控製設計

　　（1）各軸的單獨控製：實現X、Y
、Z、A各軸的手動控製功能，可以讓用戶單獨控製各軸的運行。主要是用於對刀
，手動調試等功能，使用DRVI指令實現該功能。

　　（2）插補功能：X軸與A軸：線性插補，用於實現產品的螺距和導程角度
；螺距和導程角度是加工產品的兩個重要技術參數
，通過X軸與A軸的線性插補實現該功能。X軸以一定的速度前進，A軸通過渦輪渦杆實現工件的旋轉

，以一定的角速度旋轉，這樣就可實現工件按所設定的螺距和導程角度進行運行。

　　通過LIN指令實現該功能。

　　（3）X軸與Y軸：電子齒輪
，用於實現磨溝深度的遞減
，在磨削過程中，磨溝深度是與進料長度成線性遞減的；通過GEARBOX指令實現該功能。

　　（4）Y軸與Z軸：線性及圓弧插補，根據用戶的要求，可以實現修整出不同截麵形狀

　　的砂輪
；首先通過AUTOCAD導入該截麵形狀，然後將對應的坐標用D元件替代
，以便用戶可以通過觸摸屏進行設定。主要用到LIN和CCW指令。

　　（5）原點回歸：該設備在初始上電時，要進行圓點回歸，以實現設備開始運行時都會在一個同樣的初始狀態。同時，所有的坐標歸零。使用DSZR指令實現該功能。

　　4 結束語

　　目前該項目的主要功能已經實現，和數控加工中心相比
，增加了砂輪載形修整功能，顯現出EC20H運行控製型PLC所具有的優異的技術特點。對於需要多軸插補功能的應用場合，基於艾默生CT PLC的機電一體化係統集成產品將表現出強大的技術優勢。

　　參考文獻（略）