一种基于PLC的磨刀机数控系统设计

2015年7月 第43卷第14期 机床与液压 MACHINE TO0L HYDRAULICS Ju1 2015 Vo1 43 No 14 DOI 10 3969 j issn 1001 3881 2015 14 044 一种基于PLC的磨刀机数控系统设计 赖乙宗 邱钊湃 陈剑东 叶峰 华南理工大学机械与汽车工程学院 广东广州510640 摘要 根据一种新型多工作模式立轴转盘磨刀机的控制要求 以FX2N系列PLC为控制核心 GT1000系列触摸屏为人 机界面 通过10PG定位模块 手动脉冲发生器和伺服驱动器控制X Y两轴的伺服电机 实现设备工作过程的手动操作模 式以及步进磨削 连续磨削 整盘磨削与分段磨削等自动加工模式 满足精确定位 砂轮自动补偿及自动修整等功能 测 试结果表明 控制系统工作稳定可靠 生产效率得到提高 详细介绍了控制系统硬件与软件两部分的设计过程 关键词 转盘磨刀机 数控系统 可编程逻辑控制器 定位模块 中图分类号 TP273 文献标志码 B 文章编号 1001 3881 2015 14 132 4 Design of a Numerical Control System Based on PLC LAI Yizong QIU Zhaopai CHEN Jiandong YE Feng School of Mechanical and Automotive Engineering South China University of Technology Guangzhou Guangdong 5 10640 China Abstract According to the control requirements of a new multi mode vertical spindle grinder a numerical control system was de signed in which a FX2N PLC was as the control center and a GTIO00 touch screen as HMI With two 10PG orientation modules a manual pulse generator and two servo drives X axis servo motor and Y axis servo motor the manual operation mode step grinding mode continuous grinding mode round gnnding mode were achieved as well as the segmented grinding mode during the working process Accurate positioning automatic compensation and dressing of the wheel were also proved Test results show that the control system is stable and reliable with an improvement of production efficiency The design process of the control system including the hard ware and software was introduced in detail Keywords Turntable grinder Numerical control system PLC Orientation module 我国的刀剪行业发展历史悠久 主要产品包括菜 刀 剪刀和小刀等种类 近些年来 国内磨刀设备的 自动化水平得到提升 刀剪磨削加工的效率 精度与 多样性都有所突破 如何更好地保证质量 提高效 率 降低成本 满足多样化的工艺需求 成为当今许 多刀剪制造企业最为关注的问题 J 阳江某企业针对刀剪磨削加工的一般工艺流程 成功开发出新一代多工作模式立轴转盘磨刀机机械设 备 亟需一套可靠 高效的自动控制系统来实现设备 的自动化控制 从而提高生产效率和保证产品质量 在对工艺流程和设备功能进行分析后 设计出一套由 PLC 定位模块 手动脉冲发生器 触摸屏 交流伺 服驱动器与伺服电机所组成的数控系统 控制系统实 现多工作模式要求 工作效率高 操作简单 人机界 面简洁 下文将详细介绍数控系统的电气控制原理以 及软件设计过程 1 设备控制与工作模式 多工作模式立轴转盘磨刀机的主要控制对象包括 以下模块 l 轴电机与传动模块 轴电机与传动模 块 修整器与探头模块 切削液模块以及润滑液模 块 y轴模块通过交流伺服驱动器与伺服电机实现砂 轮在y轴方向上的位置与速度控制 X轴模块通过交 流伺服驱动器与伺服电机实现转盘在 轴方向上的 位置与速度控制 修整器与探头的伸缩通过气缸电磁 阀开关控制 切削液通过水泵实现循环使用 润滑液 通过油泵和输送管供给滚珠丝杆及涡轮蜗杆等传动部 件 工件则由夹具固定在转盘的各个工位上 多工作模式立轴转盘磨刀机有手动模式和自动模 式两种控制方式 6 手动模式的功能主要是实现大致 对刀 砂轮修整与工件定位 包括砂轮点动 转盘点 收稿日期 2014 07 02 基金项目 广东省教育部产学研结合重大项目 2012A090300013 广东省数控一代示范工程项目 2012B011300055 2012B01 1300045 作者简介 赖乙宗 1972一 男 博士 讲师 研究方向为嵌入式系统设计 E mail yzlai scut edu an 134 机床与液压 第43卷 分段磨削模式设置界面上 用户通过输入框设置 各个参数值 转盘定位补偿参数通过 转盘定位补 偿 按钮跳转到子页面上设置 初次修改完成后按 下 参数确认 按钮 即可返回主界面 半自动模 式下 每进行一轮加工还可再次调整参数 需要按下 参数确认 与 速度确认 两个按钮 如果按下 全程自动 按钮则为全自动模式 设备按照设定好 的参数连续加工 界面程序在电脑中编写完成后 通过USB数据 线或RS232通信电缆下载到GT1000触摸屏 触摸 屏通过通信电缆与PLC编程器端口连接 通过操作 触摸屏上的人机界面 用户就可以方便地进行各项 手动操作以及对各工艺参数进行读写 还能直观获 知加工过程中的报警信息 便于规范操作和维护设 备 3 2 PLC程序设计 多工作模式立轴转盘磨刀机的动作过程要按照工 艺流程 因此PLC程序主要用顺序功能图编程语言 SFC 进行编写 在程序的设计 调试和升级上都 比较方便 程序中 主要用到 D FROM D TO指令进行PLC与定位模块的指令和数据传送 指 令的周期不超过几百微秒 1 砂轮通过自动碰探头 对坐标变化 即砂轮磨损量 进行测量 由于数据 存储指令周期极短 严格控制了测量误差 PLC程序包括初始化 手动操作模式和自动运行 模式这三大模块 自动运行模式模块由步进磨削 连 续磨削 整盘磨削和分段磨削这4个模式的SFC程序 块所组成 初始化程序中执行的操作包括 相关辅助 继电器和存储单元的清零 定位模块的初始设置以及 各开关的复位等 手动模式程序中执行的操作包括 转盘点动 砂轮点动 机械回零 加工回点 砂轮修 整 自动碰探头并记录探头坐标以及对刀并记录对刀 点坐标等 启动某一自动运行模式后 砂轮从加工零 点运动到对刀位置 转盘旋转进给的同时砂轮做线性 补偿 转盘每转过设定的圈数砂轮触碰一次探头 测 量计算出砂轮磨损量 若没有超过允许的最大磨损量 则进行下一轮加工 否则停止运行并报警提示 当出 现故障时 设备自动停止运行 返回手动操作模式 并通过指示灯和触摸屏界面提示用户出现故障或者进 行下一步操作 软件程序流程图如图3所示 I垫塑些I 匝豳 匝麴 匝圃 堑口 1 7 l回加工霉点I 步进磨削模式 连续磨削模式 l砂轮对刀J 击 I 堂坌苎J 转盘慢速旋转 用户设定圈数 N 定 Y 择自 行模 整盘磨削模式卜 砂轮回加工零II砂轮回加工零 点 然后对刀II点 然后对刀 转盘慢速转动I f转盘快速转动 砂轮线性补偿Il砂轮线性补偿 转过设 圈 砂轮停止后 回加工零点 主 砂轮碰探头 测量磨损量 砂轮停止转动 回到加工零点 转盘慢速转动 用户收放工件 Y I I 薹誉 f砂轮回加工零I I点 然后对刀J 二匕 l转盘慢速转动I l 砂轮线性补偿I 二 亡 f磨完一把刀后 l砂轮退刀 转盘 I快速定位补偿 N 每过 圈数 Yv 夏 I砂轮停止后1 I回加工零点J 二 砂轮碰探头I 测量磨损量J 砂轮回机械零点 停机报警 图3 PLC程序流程图 4试样结果 将PLC数控系统安装在多工作模式立轴转盘磨 刀机上进行试样的结果表明 在PLC数控系统的控 制下 转盘磨刀机的加工工艺过程得到完整的实现 加工精度与稳定性较传统的液压磨刀机有了明显提 高 例如在目标磨削量为0 2 mm的条件下 3种自 动磨削模式加工后所得到产品的误差均在0 02 0 07 mm内 满足用户对加工精度的要求 并且避免了不 同批次产品之间的精度波动 自动控制模式使得转盘 式结构的高效性得以充分发挥 生产效率较传统液压 设备提高3 4倍 产品加工前后如图4所示