数控珩磨机控制系统要求

数控珩磨机控制系统要求 珩磨机控制系统要求 珩磨机控制系统要求 一 珩磨基础知识 所谓珩磨加工是指装有珩磨砂条的珩磨头一边旋转一边做往复运动，并使珩磨砂条以一定的压力压向工件的被珩磨面，同时注入大量的冷却液，以对工件的尺寸、形状、表面粗糙度进行修正的一种加工方法。 珩磨砂条与工件为面接触，磨削效率高，主要用于内孔平台网纹加工，由于珩磨砂条在孔内不断扩张，以使孔的尺寸和形状精度得以改善。 图1 珩磨头 图2 工件内表面 二 珩磨机简介 数控珩磨机是针对国内发动机气缸体气缸套加工行业而开发的一种高性能、高精度、高可靠性和高安全性的全闭环控制数控产品。适用于加工各种发动机气缸体孔、气缸套孔等精密孔，加工后可获得高质量的微观网纹，是气缸体、气缸套孔等工件的理想珩磨加工设备。该机床采用西门子S7-300 PLC控制，由液压伺服系统驱动，同时配备有在线自动测量系统，可实现单机自动化，也可纳入自动生产线，具有很高的生产效率。 三 珩磨机性能介绍 1(变频电机通过链条传动产生主轴旋转运动，变频电机由变频器驱动，可实现无级调速，主轴旋转速度由电机内装编码器检测并反馈到变频器，实现闭环控制。 2(主轴往复运动采用液压伺服控制，往复速度可无级调速。主轴位置由绝对编码器检测，实现闭环控制。 3(珩磨头结构为双进给结构，可实现平台网纹珩磨，珩磨进给压力通过伺服阀调节，实现闭环控制。珩磨尺寸由在线自动测量系统控制。 4(机床工作台采用电动回转工作台，分度速度快，定位精度高，稳定可靠。 5(该机床为单轴两工位。在珩磨加工的同时可进行工件的上下料操作，使工作辅助时间为零，大大提高了加工效率。 6(机床工作台及防护门安装有传感器和互锁开关，防止误操作的发生，确保工作者和机床的安全。 7(机床液压系统采用国际知名品牌液压元件，泵站由国内知名专业厂家精心制作，同时配备有强制冷却系统，保证了机床的高稳定性和高可靠性。 8(机床冷却系统为循环冷却，配备高性能的磁滚纸带过滤机对珩磨液进行两级过滤，再通过油冷机使珩磨液温度保持在最佳工作温度，最后再由高压力大流量的冷却泵对工件进行冷却。 9(机床控制系统采用西门子S7-300高性能可编程序控制器，并配置10.4”彩色液晶显示器，良好的人机界面、人性化的设计使操作更加便捷。 四 珩磨机加工的特殊要求 1( 网纹夹角的要求 第 1 页 共 6 页 珩磨机控制系统要求 在珩磨加工面上，由于使珩磨头旋转并做往复运动，所以可以得到特有的网纹加工面。在珩磨机的加工要求中，珩磨网纹交叉角a有一定的精度要求，珩磨头旋转速度与往复速度有相应的比率关系，一般由主轴转速、工件直径、网纹夹角确定主轴往复速度。由公式Vs=Vr*TAN(a/2)=(π*D*n/1000)*TAN(a/2)给出，其中Vs为珩磨头往复速度，Vr为珩磨头旋转速度，D为工件直径，n为主轴转速，a为网纹夹角。影响网纹夹角的主要因素是主轴往复速度及主轴转速，一般要求主轴转速为120rpm，主轴往复速度为25m/min。 网纹夹角a 换向圆弧 图4 加工表面示意图 2(网纹换向圆弧的要求 主轴运动方式为往复运动，在主轴换向时必然存在加减速过程，影响换向圆弧大小的主要因素是换向时间以及加减速度。国外设备换向时间为20ms以内，加减速度可达到 225m/s，甚至更高。 3(内表面网纹深度及清洁度的要求 珩磨内表面对网纹深度、分布均匀程度等网纹参数均有较高要求，所以对珩磨往复速度和主轴旋转速度及珩磨时的砂条压力需进行闭环控制。另外，由于对内表面清洁度的要求，对珩磨头的停止位置及运动轨迹的连续性上也有较高的要求。 五 珩磨机控制时序的描述 1(珩磨机结构 珩磨机主要传动部分由主电机、主轴、连杆、珩磨头组成，下图示意了其主要结构: 主电机 主轴 连杆 珩磨头 工件 转台 第 2 页 共 6 页 珩磨机控制系统要求 图5 珩磨机传动图 2(下图示意了珩磨机的主要工作时序: 1234567 起始位置 停止位置往复上行程 行程中位 往复下行程 图6 珩磨机主要时序 珩磨机主要时序要求 1?珩磨头运动到起始位置; 2?珩磨头运行到行程中位; 3?运行去余量程序，珩磨头开始往复运动，主轴开始旋转，粗珩砂条伸出，进行去余量 的过程; 4?去余量尺寸到达后，粗珩砂条收回，珩磨头运行到停止位置，主轴停止旋转; 5?珩磨头运行到行程中位; 6?运行拉网纹程序，珩磨头开始往复运动，主轴开始旋转，粗珩砂条伸出，进行拉网纹 的过程;拉网纹尺寸到达后，粗珩砂条收回，开始运行平顶程序，精珩砂条伸出，进行平顶 的过程; 7?平顶延时到达后，精珩砂条收回，珩磨头运行到停止位置，主轴停止旋转; 8?重复上述过程。 六 数控珩磨机控制系统配置 1 ?5A电源模块:6ES7307-1EA00-0AA0 2 ?CPU314:6ES7314-1AG13-0AB0 3 ?32输入DI模块(2块):6ES7321-1BL00-0AA0 4 ?16继电器输出DO模块(2块):6ES7322-1HH01-0AA0 5 ?8输入AI模块:6ES7331-7NF00-0AB0 6 ?4输出AO模块:6ES7332-5HD01-0AB0 7 ?FM354定位模块:6ES7354-1AH01-0AE0 8 ?OP270-10.4”人机界面:6AV6542-0CC10-0AX0 第 3 页 共 6 页 珩磨机控制系统要求 下图示意了该机床控制系统结构: 控制系统结构图 图7 七 目前控制系统中存在的问题 2 1(加减速速度无法设定到理想值，目前加减速度超过7m/ s，系统会频繁出现341号报警，报警为No drive movement，导致轴运行停止。原因一个是液压系统的跟随性不好;另一个是FM354与CPU通讯时间长造成。 2(人机界面上显示的进给速度与实际进给速度存在偏差，液压压力大时，偏差小，反之，液压压力小时，偏差小，但始终无法达到一致。该速度是由绝对位置编码器反馈到FM354位控模块X3接口，再由PLC读出DB10.DBD314中的实际值，显示在人机界面上。 3(由于拉网纹程序和平顶程序中，珩磨头往复的上下行程是需要设定为不同的值，所以运行过程中在执行两个程序转换时必须先停止正在运行的程序，再转换到下一程序，重新启动，这个转换过程需要消耗一定的时间，并且这时候主轴旋转不会停止，会造成导向条造成在加工内壁上出现横向的划痕。 4(由于FM354程序上的限制，当加工尺寸到达时，珩磨头的停止位置在上下行程之间，也就是在工件内部，这样当珩磨头离开工件时会造成竖向的划痕。 5(去余量、拉网纹、平顶程序中上、下行程值均需操作员根据工件加工情况随时修正，目前使用FM354位控模块的Modify parameters/data功能，每做一个值的修改均需激活一次，操作麻烦。 6(人机界面的位置显示和速度显示刷新较慢，分析原因是CPU与人机界面通过MPI连接，CPU314的性能限制传输速率为187.5kbit/s，以至于显示刷新较慢。 第 4 页 共 6 页 珩磨机控制系统要求 八 几种改进 1(提高CPU性能，选用CPU317-2DP，将传输速率提高到12Mbit/s;选用FM357-2定位模块，利用-10V/+10V模拟信号输出控制液压伺服阀实现往复运动，使用参数化编程实现几个行程的灵活修正。 方案如下: CPU317-2 DPFM 357-2CPU317-2 DPFM 357-2 OP/PCOP/PC PROFIBUS DPPROFIBUS DPanaloganalog MPI/PROFIBUS DPMPI/PROFIBUS DPSIMODRIVE SIMODRIVE SIMODRIVE SIMODRIVE 611A611A611U611U POSMO POSMO CD/CACD/CA POSMO SIPOSMO SI 图8 方案一示意图 2(选用技术功能型CPU，CPU317T-2DP，使用其运动控制DP接口，连接ADI4模拟量控制驱动器接口模板，驱动液压伺服阀。 DP/MPI DP/MPI DP(DRIVE) DP(DRIVE) Isochrone modeIsochrone mode ADI 4ADI 4 Encoder-FeedbackEncoder-Feedback Analog driveAnalog drive PowerPower 图9 方案二示意图 3(开发用于珩磨的数控系统， 专门用于珩磨机控制的单轴数控系 统，独立的CNC控制软件;内置 第 5 页 共 6 页 珩磨机控制系统要求 或外置PMC，具有数字信号DI96/DO48、模拟信号的处理能力AI4/AO4;SRAM区存储CNC参数、PMC参数、加序、用户宏变量，加工程序可以使用宏程序灵活编程，参数可灵活设定;具备模拟伺服接口，输出-10V/+10V模拟信号，驱动液压伺服阀;具备模拟主轴接口，通过变频器控制变频电机运转。 图10 方案三示意图 第 6 页 共 6 页