基于FX2N-10GM定位模块的圆台磨床数控系统-中国电

1基于FX2N-10GM定位模块的圆台磨床数控系统李红董伟武汉宝德机电有限责任公司摘要：利用三菱FX2N-10GM定位模块，FX2N系列可编程逻辑控制器（PLC）和交流伺服电机的组合，能对磨头的位置实现有效控制。实际应用证明该系统提高了圆台磨床的准确性和灵活性。关键词：定位模块位置控制数控系统NCControlSystemofCircularGrinderBasedonFX2N-10GMPositionModuleLiHongDongWeiAbstract:TheeffectivepositioncontrolwithgrindingheadisrealizedbyusingMitsubishimoduleFX2N-10GMMitsubishiseriesFX2NPLCandACservoelectricmotor.Itshowsthatthesystemhasimprovedaccuracyandflexibilityforcirculargrinderthroughpracticalapplication.Keywords:positionmodulepositioncontrolNCcontrolsystem1引言圆台磨床加工面为水平面，主要功能为磨削工件到指定厚度。立轴圆台平面磨床是采用手动进刀方式的，即加工前必须测量工件原始厚度，根据客户要求算出需磨削的厚度，然后进行加工。由于工件厚度不均，所以每次加工最少要对工件进行两次测量。利用三菱定位模块和PLC的简单组合，即可对立轴圆台平面磨床进行数控改造，实现磨头自动进刀和返回。机床改造后只需设定一次工件成品厚度就可加工一批工件，彻底摆脱对工件的反复测量，提高生产效率，适合于中小批量加工生产。2硬件选择和组装本控制系统采用触摸屏（F940GOT）输入、显示数据，通过PLC(FX2N-64MT)和定位模块（FX2N-10GM）控制伺服电机，从而使磨头能够按照精度要求磨削工件。定位模块FX2N-10GM是三菱PLC功能模块之一，用于单轴数控，脉冲输出最大可达200KB/S。FX2N-10GM配有4个输入点X0到X3和6个输出点Y0到Y5作为通用用途，它们能连接到外部I/O设备。如果I/O点不足，则可把FX2N-10GM与FX2N/2NC系列PLC一起使用。2此时FX2N-10GM被看作PLC的一种专用单元，FX2N系列PLC最多能连接8个专用单元。定位模块和伺服装置之间的接线如图1所示。图1定位模块和伺服装置之间的接线3软件设计和应用3.1精度的保证根据工艺要求，零点是后续所有位点的参考点，必须确保其精度。零点位置是通过行程开关来确定的，当磨头碰到行程开关（近点信号）前端时，为了精确定位，磨头立刻减至爬行速度，当零点信号计数达到5时，磨头停止移动，零点定位完成。如图2所示，本系统采用的单位体系是机械&电机体系，速度参数以脉冲为基本单位，在定位软件中设定电机回零速度为50000Hz，爬行速度为1000Hz。设定速度单位为1000脉冲/转，相应回零速度和爬行速度即为50rad/s和1rad/s。通过上述参数设定可使电机在低速（爬行速度）时检测零位脉冲来完成定位，提高准确度。图2本系统采用的机械和电机体系3.2圆台自动退根据工艺要求，要实现磨削过程完成后圆台自动退出，以方便更换工件。为了让圆台自动退出，我们选用了FX2N-10GM中的定位结束信号（此信号在定位结束后的当前位置始终为1）。当计数器C0检测到第一个定位结束信号上升沿时置位，定时器T20开始计时，设定时间（精磨抛光时间，可根据实际需要调整，本程序设定为8s）到时发出圆台退信号。完成换工件后，按下圆台进按钮时计数器C0复位，开始重新计数，见图3，图4。图3圆台自动退程序框图3图4圆台自动退梯形图3.3动作的互锁实际工作中机床的许多动作是需要互锁来保证正常运转的。例如，圆台旋转前必须先充磁，圆台进和圆台退信号应互锁，磨头工作时不能撞到圆台等。我们在程序中设定磨头返回高度（工件原始厚度加上12mm），来始终保证磨头在工件之上，避免操作不当使磨头撞到圆台面见图5。各种限位的互锁在此不再赘述。图5互锁梯形图4结语由于采用三菱定位模块进行位置控制，改造后加工精度有所提高（最高可达1μm）。此外，改造不对硬件（机床本身）进行改变，改造成本低，经济实用。本控制系统还可简单推广到其它定位系统中。本公司2006年12月已为武钢维苏威高级陶瓷有限公司改造一台立轴圆台平面磨床（M7475B），投入使用后运行情况良好，实践证明该系统能够满足生产要求。参考文献1三菱电机株式会社.三菱FX2N-10GM和FX2N-20GM硬件/编程手册.20002三菱电机株式会社.三菱FX系列PLC用户手册.20003三菱电机株式会社.三菱交流伺服系列MELSERVO技术资料集.20004