機(jī)床改造

XA62銑床進(jìn)給工作臺(tái)的伺服改造東風(fēng)本田汽車(chē)零部件有限公司設(shè)備科 藍(lán)福衛(wèi)摘要 本文主要講述XA6140銑床進(jìn)給裝置的改造，并且闡述-1PG的基本原理和安川伺服在改造中的具體應(yīng)用。關(guān)鍵詞 PLC 位控模塊 速度控制 位置控制 一， 序言我公司的機(jī)械加工中銑床占有9臺(tái)之多，由于使用時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，機(jī)械換擋手柄磨損，離合器容易打滑，銅刷容易磨損。經(jīng)常造成沒(méi)有工進(jìn)，由此引起維修停工臺(tái)時(shí)長(zhǎng)，給生產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)重影響。利用YASKAWA（安川）伺服控制器和位控模塊（-1PG）組成一個(gè)控制系統(tǒng)，機(jī)床的左右快速運(yùn)動(dòng)和工進(jìn)都由該系統(tǒng)來(lái)完成，從而可以去掉離合器在快速和工進(jìn)中所承擔(dān)的中間傳遞功能，也取消了變速箱的變速功能。二， 機(jī)床工作原理 XA6140銑床工作臺(tái)動(dòng)作過(guò)程大體可以分三步，快速進(jìn)給工進(jìn)進(jìn)給快速返回原位。下圖為工作臺(tái)進(jìn)給的簡(jiǎn)易傳動(dòng)示意圖：圖1由圖1示，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由功率為3KW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)路線(xiàn)是軸3740383639，當(dāng)齒輪36在左邊位置時(shí)，軸即直接通過(guò)齒輪36和39傳動(dòng)軸，此時(shí)齒輪36脫離齒輪38而與離合器35嚙合，當(dāng)左邊離合器吸合時(shí)，齒輪39即帶動(dòng)了軸，從而是相應(yīng)的絲桿傳動(dòng)，這就實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)工進(jìn)動(dòng)作。當(dāng)工作臺(tái)需要快速移動(dòng)時(shí)，此時(shí)電機(jī)直接經(jīng)過(guò)齒輪18、19、20、21而帶動(dòng)軸，使工作臺(tái)獲得快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。此次改造的目的是去掉快速電機(jī)，不經(jīng)過(guò)系列的齒輪傳動(dòng)，用安川伺服電機(jī)直接帶動(dòng)軸，可保證運(yùn)行的平穩(wěn)性，同時(shí)也給維修工作與備件采購(gòu)減輕壓力，保證機(jī)床更高的加工精度。三，控制系統(tǒng)原理利用位控模塊和伺服驅(qū)動(dòng)來(lái)控制，工進(jìn)與快進(jìn)就可以直接由伺服電機(jī)帶動(dòng)軸來(lái)完成。要利用軸實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)和工進(jìn)運(yùn)動(dòng)，必需有速度控制和位置控制，單靠先前的快速電機(jī)來(lái)完成這個(gè)動(dòng)作是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，所以用了伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，用位控模塊作為驅(qū)動(dòng)器的控制指令。（1） 位控模塊（-1PG）的參數(shù)要求 利用MITSUBISHI可編程控制器-48MT作為順序控制單元，它與擴(kuò)展模塊-1PG組成了機(jī)床的動(dòng)作控制部分，在編寫(xiě)PLC程序時(shí)，要給該擴(kuò)展單元定義控制單元號(hào)，本文中只有一個(gè)擴(kuò)展單元，所以定義為K0，在這里主要闡述位控模塊的基本原理，-1PG作為脈沖發(fā)生單元，它可以輸出正、反脈沖，脈沖可以是電流值（至少是20mA），也可以是電壓值（5 to 24V DC）,脈沖輸出格式可以自己選擇，在本文中選用的是電流值作為脈沖量。下面介紹緩沖存儲(chǔ)器（BFM）的一些必需設(shè)定的參數(shù)：BFM#3 該參數(shù)作為-1PG的主要參數(shù)，占16個(gè)字節(jié)，參數(shù)是以16進(jìn)制寫(xiě)入CPU的，讀取參數(shù)是二進(jìn)制方式讀取，它的功能如下表1：表1b15b14b13b12b10b9b8b5b4b1b0STOPInputmodeSTOPInputpolarityCount StarttimingDOGInputpolatityHomePosition ReturndirectionRotationdirectionPulseOutputformatPosition Date multiplication100to103System of units在表1中，忽略了 b2、b3 、b6 、b7 、b11這五個(gè)字節(jié)的說(shuō)明，在BFM#3中沒(méi)有用上，需要說(shuō)明的是BFM#3作為一個(gè)參數(shù)，可以根據(jù)自己設(shè)計(jì)要求來(lái)設(shè)定，從表中看出有幾個(gè)參數(shù)是必須設(shè)定的，b9:旋轉(zhuǎn)方向，當(dāng)b9=0時(shí)，當(dāng)前位置值隨著FP（Forward pulse）的產(chǎn)生而增加，當(dāng)b9=1時(shí)，當(dāng)前位置隨著FP（Forward pulse）的產(chǎn)生而減少，通過(guò)當(dāng)前位置值的增加或減少可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，這種改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的方法也可以在伺服參數(shù)中實(shí)現(xiàn)。對(duì)-1PG來(lái)說(shuō)，脈沖串的產(chǎn)生是在參數(shù)中給定的脈沖量，其實(shí)就是一個(gè)常數(shù)，該常數(shù)存儲(chǔ)在固定的數(shù)據(jù)寄存器中，對(duì)寄存器中數(shù)據(jù)的讀取也是和b9有關(guān)系，b9=0時(shí)，不讀取，當(dāng)發(fā)送前進(jìn)指令時(shí)是按給定常數(shù)的正方向從零開(kāi)始增加，一直到達(dá)給定的脈沖量而結(jié)束；b9=1時(shí)，一送電就從數(shù)據(jù)寄存器中讀取該參數(shù)，當(dāng)發(fā)送前進(jìn)指令時(shí)按給定的脈沖逐漸減少，一直到當(dāng)前的位置值為零而結(jié)束。b10：回原點(diǎn)方向，該參數(shù)類(lèi)似b9，這里不再贅述，b4和b5可以設(shè)定給定脈沖量的倍乘，這兩個(gè)參數(shù)是同時(shí)設(shè)定的，它們決定了脈沖量的大小，如果采用的是位置控制模式，在設(shè)計(jì)時(shí)是值得小心的，否則會(huì)造成機(jī)床的碰撞，它們的關(guān)系如表2：表2b5b4倍率 0 0 100 0 1 101 1 0 102 1 1 103例如：b5、b4都為“1”時(shí)，給定的常數(shù)為123，則實(shí)際給伺服的脈沖量為123103=123，000個(gè)脈沖當(dāng)量。在本文中，設(shè)定了b13-b0的參數(shù)，以二進(jìn)制的形式為：10001000001110，換算成16進(jìn)制是：220E。BFM#25該參數(shù)有13個(gè)字節(jié)，嚴(yán)格說(shuō)是聯(lián)系外部操作的一個(gè)參數(shù)，它只能接收外部輸入信號(hào)，信號(hào)是通過(guò)自己設(shè)計(jì)的PLC程序來(lái)完成，每個(gè)字節(jié)的含義如表3：表3b0 when b0=1:Error reset(復(fù)位)Wb1 when b1=01：stop （停止）b2 when b2=1: Frward pulse stop （前進(jìn)脈沖停）b3 when b3=1: Reverse pulse stop（后退脈沖停）b4 when b4=1:JOG+operation（手動(dòng)正方向）b5 when b5=1:JOG-operation（手動(dòng)負(fù)方向）b6 when b6=01:Home position return star（回原點(diǎn)啟動(dòng)信號(hào)）b7 when b7=0:Absolute position （絕對(duì)位置）;when b7=1:Relative position （相對(duì)位置）b8 when b8=01:Single-speed positioning operation star（單速度定位）b9 when b9=01:interrupt single-speed positioning operation star（單一速度中斷信號(hào)，定位啟動(dòng)開(kāi)始）b10 when b10=01:Two-speed positioning operation star（雙速度定位）b11 when b11=01:Extermal command position operation star（外部定位操作）b12 when b12=1:Variabled operation 在本文中，應(yīng)用到的信號(hào)是b2,b3,b4,b5,b6,b7,b10這幾個(gè)信號(hào)，b2,b3作為正反脈沖的停止信號(hào)，它的用途是如果機(jī)床在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中b2或b3有輸入信號(hào)，機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)立刻停止；b4,b5只能作為手動(dòng)方式的上下運(yùn)動(dòng)，b6是回原點(diǎn)啟動(dòng)信號(hào)，它不分手動(dòng)方式還是自動(dòng)方式，一旦b6有信號(hào)輸入就可以完成回原點(diǎn)動(dòng)作，b7是給控制單元定義是絕對(duì)位置還是相對(duì)位置。在自動(dòng)方式下，b8和b10一樣可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)，不同的是b8作為啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，電機(jī)的速度控制是單一的，如果要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，需要外部信號(hào)的輸入或者說(shuō)使其運(yùn)動(dòng)的外部狀態(tài)需要改變，而b10作為啟動(dòng)信號(hào)就能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)速度的控制，也就是說(shuō)可以“雙速度定位”，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度的變化由給定的參數(shù)決定，可以用下面的圖1來(lái)說(shuō)明：關(guān)于“雙速度定位”的運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖速度 行程 當(dāng)b10=1時(shí)，啟動(dòng)信號(hào)在此開(kāi)始行程位置P（） 行程位置P（）V（）V（）Vbia0圖2在圖2中，Vbia是偏移速度，V（）是給定的參數(shù)值，該參數(shù)存儲(chǔ)在BFM#19中，作為啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)的第一運(yùn)動(dòng)速度，V（）參數(shù)存儲(chǔ)在BFM#23中，作為走完行程位置P（I）后的第二運(yùn)動(dòng)速度，行程位置數(shù)據(jù)P（I）存儲(chǔ)于BFM#17，行程位置數(shù)據(jù)P（II）存儲(chǔ)于BFM#21，當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)（b10=1）時(shí)，電機(jī)以第一種速度（BFM#19中的參數(shù)）走行程位置P（I），之后以第二種速度（BFM#23中的參數(shù)）一直走完BFM#21的參數(shù)值。參數(shù)具體應(yīng)用，可以用圖3來(lái)說(shuō)明：M2M3M4M5M6M7M10TO K0 K25 K4M0 K1前進(jìn)脈沖停止后退脈沖停止手動(dòng)正轉(zhuǎn)手動(dòng)反轉(zhuǎn)回原點(diǎn)絕對(duì)位置/相對(duì)位置雙速度定位啟動(dòng) X000 X001 X002 X003 X004 M8000X005 M8000圖3TO K0 K25 K4M0 K1M8000圖3中“ ”是涉及到位元件的使用，在后面的程序編寫(xiě)中闡述。BFM#28該參數(shù)是一個(gè)反映位控模塊狀態(tài)信息的參數(shù)，它把位控模塊的工作過(guò)程和狀態(tài)變化輸出給PLC，應(yīng)用這些狀態(tài)信息可以設(shè)計(jì)自己想要的控制過(guò)程，參數(shù)的輸出狀態(tài)信息，如下表4：表4b0b0=0:BUSY(當(dāng)有脈沖輸出時(shí))；b0=1:READY(準(zhǔn)備就緒)b1b1=0:反轉(zhuǎn)；b1=1：正轉(zhuǎn)b2b2=0:還沒(méi)有執(zhí)行回原點(diǎn)；b2=1：回原點(diǎn)已經(jīng)完成b3b3=0:“停止”輸入信號(hào)OFF；b3=1“停止”輸入信號(hào)ONb4b4=0:“接近原位”信號(hào)OFF；b4=1：“接近原位”信號(hào)ONb5b5=0:“到原位”信號(hào)OFF；b5=1：“到原位”信號(hào)ON此參數(shù)的輸出狀態(tài)需要使用BFM讀出命令,在后面的程序編寫(xiě)中闡述.(2)程序的編寫(xiě)FROM K0 K28 K2M0 K1X10 位控模塊參數(shù)需要PLC運(yùn)行時(shí)開(kāi)始讀取，給緩沖存儲(chǔ)器中傳送數(shù)據(jù)用到BFM讀出命令和寫(xiě)入命令，讀出命令FROM的用法如圖4：“ ”單元號(hào)，即位控模塊單元BFM#傳送單元首先傳送單元傳送點(diǎn)數(shù)圖4圖4中的命令是從特殊單元K0和BFM#28讀出8位數(shù)據(jù)傳送至PC的K2M0，當(dāng)X10=ON時(shí)執(zhí)行讀出，在X10=OFF時(shí)不執(zhí)行傳送，先傳送的數(shù)據(jù)不變化，“K2M0” 使用到了位元件，即只處理對(duì)象“M”的ON/OFF信息，位數(shù)用4單位時(shí)，則K1-K4是16位數(shù)據(jù)，K1-K8是32位數(shù)據(jù)，例如圖3中的“K2M0”是M0-M7的兩位數(shù)數(shù)據(jù)。BFM#28中b0-b7的狀態(tài)信息對(duì)應(yīng)地傳送給M0-M7，因此在編寫(xiě)程序時(shí)如果指派了BFM#28的信息，就可以利用M0-M7作為使用對(duì)象，至于寫(xiě)入命令，原理和讀出是一樣的。四，伺服基本接線(xiàn)方式與參數(shù)設(shè)定 本文采用安川伺服放大器作為驅(qū)動(dòng)裝置，工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)受加工尺寸限制，在對(duì)伺服參數(shù)設(shè)定控制方式時(shí)，要選擇位置控制模式，設(shè)計(jì)時(shí)用派波指令作為位置指令信號(hào)，利用外部+24V電源，連接限制電阻3.3K，使輸入電流控制在710mA，其連接如下：圖5伺服主要參數(shù)設(shè)定如下表：參數(shù)號(hào)功能設(shè)定值Pn0控制模式11Pn100速度回路增益40Pn101速度回路積分時(shí)間參數(shù)2000Pn102位置回路增益40Pn200位置控制指令選擇開(kāi)關(guān)1001Pn300速度指令輸入增益600Pn304JOG速度500Pn500定位完成寬度7Pn50A輸入信號(hào)選擇2100 通過(guò)以上基本參數(shù)的設(shè)定，對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行JOG調(diào)試，使電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，再通過(guò)上位控制器連接輸入派波信號(hào)，伺服電機(jī)可以按照用戶(hù)的需求進(jìn)行速度和位置的精確運(yùn)動(dòng)。五，結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)脫機(jī)調(diào)試完成后，把伺服電機(jī)與機(jī)床相關(guān)部件連接，利用三菱PLC的靈活性與廣泛性，編制機(jī)床加工的動(dòng)作程序，可