机床改造

XA62铣床进给工作台的伺服改造东风本田汽车零部件有限公司设备科 蓝福卫摘要 本文主要讲述XA6140铣床进给装置的改造，并且阐述-1PG的基本原理和安川伺服在改造中的具体应用。关键词 PLC 位控模块 速度控制 位置控制 一， 序言我公司的机械加工中铣床占有9台之多，由于使用时间相对较长，机械换挡手柄磨损，离合器容易打滑，铜刷容易磨损。经常造成没有工进，由此引起维修停工台时长，给生产带来了严重影响。利用YASKAWA（安川）伺服控制器和位控模块（-1PG）组成一个控制系统，机床的左右快速运动和工进都由该系统来完成，从而可以去掉离合器在快速和工进中所承担的中间传递功能，也取消了变速箱的变速功能。二， 机床工作原理 XA6140铣床工作台动作过程大体可以分三步，快速进给工进进给快速返回原位。下图为工作台进给的简易传动示意图：图1由图1示，进给运动是由功率为3KW电机驱动，传动路线是轴3740383639，当齿轮36在左边位置时，轴即直接通过齿轮36和39传动轴，此时齿轮36脱离齿轮38而与离合器35啮合，当左边离合器吸合时，齿轮39即带动了轴，从而是相应的丝杆传动，这就实现了工作台工进动作。当工作台需要快速移动时，此时电机直接经过齿轮18、19、20、21而带动轴，使工作台获得快速进给运动。此次改造的目的是去掉快速电机，不经过系列的齿轮传动，用安川伺服电机直接带动轴，可保证运行的平稳性，同时也给维修工作与备件采购减轻压力，保证机床更高的加工精度。三，控制系统原理利用位控模块和伺服驱动来控制，工进与快进就可以直接由伺服电机带动轴来完成。要利用轴实现快速运动和工进运动，必需有速度控制和位置控制，单靠先前的快速电机来完成这个动作是无法实现的，所以用了伺服电机作为驱动装置，用位控模块作为驱动器的控制指令。（1） 位控模块（-1PG）的参数要求 利用MITSUBISHI可编程控制器-48MT作为顺序控制单元，它与扩展模块-1PG组成了机床的动作控制部分，在编写PLC程序时，要给该扩展单元定义控制单元号，本文中只有一个扩展单元，所以定义为K0，在这里主要阐述位控模块的基本原理，-1PG作为脉冲发生单元，它可以输出正、反脉冲，脉冲可以是电流值（至少是20mA），也可以是电压值（5 to 24V DC）,脉冲输出格式可以自己选择，在本文中选用的是电流值作为脉冲量。下面介绍缓冲存储器（BFM）的一些必需设定的参数：BFM#3 该参数作为-1PG的主要参数，占16个字节，参数是以16进制写入CPU的，读取参数是二进制方式读取，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这五个字节的说明，在BFM#3中没有用上，需要说明的是BFM#3作为一个参数，可以根据自己设计要求来设定，从表中看出有几个参数是必须设定的，b9:旋转方向，当b9=0时，当前位置值随着FP（Forward pulse）的产生而增加，当b9=1时，当前位置随着FP（Forward pulse）的产生而减少，通过当前位置值的增加或减少可以实现电机的正反转，这种改变电机旋转方向的方法也可以在伺服参数中实现。对-1PG来说，脉冲串的产生是在参数中给定的脉冲量，其实就是一个常数，该常数存储在固定的数据寄存器中，对寄存器中数据的读取也是和b9有关系，b9=0时，不读取，当发送前进指令时是按给定常数的正方向从零开始增加，一直到达给定的脉冲量而结束；b9=1时，一送电就从数据寄存器中读取该参数，当发送前进指令时按给定的脉冲逐渐减少，一直到当前的位置值为零而结束。b10：回原点方向，该参数类似b9，这里不再赘述，b4和b5可以设定给定脉冲量的倍乘，这两个参数是同时设定的，它们决定了脉冲量的大小，如果采用的是位置控制模式，在设计时是值得小心的，否则会造成机床的碰撞，它们的关系如表2：表2b5b4倍率 0 0 100 0 1 101 1 0 102 1 1 103例如：b5、b4都为“1”时，给定的常数为123，则实际给伺服的脉冲量为123103=123，000个脉冲当量。在本文中，设定了b13-b0的参数，以二进制的形式为：10001000001110，换算成16进制是：220E。BFM#25该参数有13个字节，严格说是联系外部操作的一个参数，它只能接收外部输入信号，信号是通过自己设计的PLC程序来完成，每个字节的含义如表3：表3b0 when b0=1:Error reset(复位)Wb1 when b1=01：stop （停止）b2 when b2=1: Frward pulse stop （前进脉冲停）b3 when b3=1: Reverse pulse stop（后退脉冲停）b4 when b4=1:JOG+operation（手动正方向）b5 when b5=1:JOG-operation（手动负方向）b6 when b6=01:Home position return star（回原点启动信号）b7 when b7=0:Absolute position （绝对位置）;when b7=1:Relative position （相对位置）b8 when b8=01:Single-speed positioning operation star（单速度定位）b9 when b9=01:interrupt single-speed positioning operation star（单一速度中断信号，定位启动开始）b10 when b10=01:Two-speed positioning operation star（双速度定位）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，应用到的信号是b2,b3,b4,b5,b6,b7,b10这几个信号，b2,b3作为正反脉冲的停止信号，它的用途是如果机床在运动过程中b2或b3有输入信号，机床的运行状态立刻停止；b4,b5只能作为手动方式的上下运动，b6是回原点启动信号，它不分手动方式还是自动方式，一旦b6有信号输入就可以完成回原点动作，b7是给控制单元定义是绝对位置还是相对位置。在自动方式下，b8和b10一样可以实现自动启动信号，不同的是b8作为启动信号时，电机的速度控制是单一的，如果要改变电机的转速，需要外部信号的输入或者说使其运动的外部状态需要改变，而b10作为启动信号就能实现两个速度的控制，也就是说可以“双速度定位”，运动过程中速度的变化由给定的参数决定，可以用下面的图1来说明：关于“双速度定位”的运动过程示意图速度 行程 当b10=1时，启动信号在此开始行程位置P（） 行程位置P（）V（）V（）Vbia0图2在图2中，Vbia是偏移速度，V（）是给定的参数值，该参数存储在BFM#19中，作为启动开始时的第一运动速度，V（）参数存储在BFM#23中，作为走完行程位置P（I）后的第二运动速度，行程位置数据P（I）存储于BFM#17，行程位置数据P（II）存储于BFM#21，当启动信号（b10=1）时，电机以第一种速度（BFM#19中的参数）走行程位置P（I），之后以第二种速度（BFM#23中的参数）一直走完BFM#21的参数值。参数具体应用，可以用图3来说明：M2M3M4M5M6M7M10TO K0 K25 K4M0 K1前进脉冲停止后退脉冲停止手动正转手动反转回原点绝对位置/相对位置双速度定位启动 X000 X001 X002 X003 X004 M8000X005 M8000图3TO K0 K25 K4M0 K1M8000图3中“ ”是涉及到位元件的使用，在后面的程序编写中阐述。BFM#28该参数是一个反映位控模块状态信息的参数，它把位控模块的工作过程和状态变化输出给PLC，应用这些状态信息可以设计自己想要的控制过程，参数的输出状态信息，如下表4：表4b0b0=0:BUSY(当有脉冲输出时)；b0=1:READY(准备就绪)b1b1=0:反转；b1=1：正转b2b2=0:还没有执行回原点；b2=1：回原点已经完成b3b3=0:“停止”输入信号OFF；b3=1“停止”输入信号ONb4b4=0:“接近原位”信号OFF；b4=1：“接近原位”信号ONb5b5=0:“到原位”信号OFF；b5=1：“到原位”信号ON此参数的输出状态需要使用BFM读出命令,在后面的程序编写中阐述.(2)程序的编写FROM K0 K28 K2M0 K1X10 位控模块参数需要PLC运行时开始读取，给缓冲存储器中传送数据用到BFM读出命令和写入命令，读出命令FROM的用法如图4：“ ”单元号，即位控模块单元BFM#传送单元首先传送单元传送点数图4图4中的命令是从特殊单元K0和BFM#28读出8位数据传送至PC的K2M0，当X10=ON时执行读出，在X10=OFF时不执行传送，先传送的数据不变化，“K2M0” 使用到了位元件，即只处理对象“M”的ON/OFF信息，位数用4单位时，则K1-K4是16位数据，K1-K8是32位数据，例如图3中的“K2M0”是M0-M7的两位数数据。BFM#28中b0-b7的状态信息对应地传送给M0-M7，因此在编写程序时如果指派了BFM#28的信息，就可以利用M0-M7作为使用对象，至于写入命令，原理和读出是一样的。四，伺服基本接线方式与参数设定 本文采用安川伺服放大器作为驱动装置，工作台的进给运动受加工尺寸限制，在对伺服参数设定控制方式时，要选择位置控制模式，设计时用派波指令作为位置指令信号，利用外部+24V电源，连接限制电阻3.3K，使输入电流控制在710mA，其连接如下：图5伺服主要参数设定如下表：参数号功能设定值Pn0控制模式11Pn100速度回路增益40Pn101速度回路积分时间参数2000Pn102位置回路增益40Pn200位置控制指令选择开关1001Pn300速度指令输入增益600Pn304JOG速度500Pn500定位完成宽度7Pn50A输入信号选择2100 通过以上基本参数的设定，对伺服电机进行JOG调试，使电机运行稳定，再通过上位控制器连接输入派波信号，伺服电机可以按照用户的需求进行速度和位置的精确运动。五，结束语经过脱机调试完成后，把伺服电机与机床相关部件连接，利用三菱PLC的灵活性与广泛性，编制机床加工的动作程序，可