摘 要：在對(duì)數(shù)控磨溝機(jī)產(chǎn)品原理分析的基礎(chǔ)上，論述了基于艾默生CT EC20H高速運(yùn)動(dòng)控制型PLC在機(jī)床數(shù)控集成自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。對(duì)于需要多軸插補(bǔ)功能的機(jī)電伺服控制領(lǐng)域，艾默生CT EC20H產(chǎn)品表現(xiàn)出強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
1 引言
磨床屬于金屬工件表面精密加工機(jī)床。磨床基本原理是用砂輪或油石(刃具)對(duì)零件表面做淺深度微量切削加工。磨削時(shí)的切削深度很小，在一次行程中所能切除的金屬層很薄。磨具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，工件或磨具的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。磨床加工精度高、表面粗糙度Ra值小。磨削加工可以獲得較高的加工精度和很小的表面粗糙度值。磨削不但可以加工軟材料，如未淬火鋼、鑄鐵和有色金屬等，而且還可以加工淬火鋼及其他刀具不能加工的硬質(zhì)材料如陶瓷與硬質(zhì)合金等。
數(shù)控磨溝機(jī)屬于磨床的一種，主要用于磨制絲錐鉆頭等硬質(zhì)合金工具排屑槽，屬于比較冷僻的專用機(jī)械加工設(shè)備，用量不大，生產(chǎn)廠家也比較少，以進(jìn)口設(shè)備為主。由于數(shù)控磨溝機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的要求較高，難度也比較大，本項(xiàng)目研發(fā)幾乎用到了艾默生CT EC20H型高速運(yùn)動(dòng)控制專用PLC的全部重要功能。數(shù)控磨溝機(jī)外形參見(jiàn)圖1。
圖1 數(shù)控磨溝機(jī)
2 數(shù)控磨溝機(jī)概念設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)需求分析
(1)工件進(jìn)給分度控制。當(dāng)加工工件進(jìn)給時(shí)，分度軸旋轉(zhuǎn)分度主要有兩個(gè)工藝要求，一是在加工過(guò)程中不允許改變分度方向，只能單向旋轉(zhuǎn)用以消除機(jī)械設(shè)備的反線誤差;二是分度加工時(shí)對(duì)溝槽加工的順序有特殊要求，而且刃數(shù)為偶數(shù)或奇數(shù)還有所不同。
圖2 偶數(shù)分度
偶數(shù)以一個(gè)8個(gè)刃數(shù)的銑刀為例，每個(gè)溝槽的加工順序是1，5，2，6，3，7，4，8。即第一刃加工完成后，第一刃的起刀點(diǎn)與下一刃起刀點(diǎn)角度差為A，下一刃加工完成后這一刃的起刀點(diǎn)與后一刃的起刀點(diǎn)角度差為B，以此類推直到加工到最后一刃完成，如圖2所示。。
圖3 奇數(shù)分度
奇數(shù)以一個(gè)5個(gè)刃數(shù)的銑刀為例，每個(gè)溝槽的加工順序是1，3，5，2，4，如圖3所示。
(2)砂輪漸增量進(jìn)給控制。工件在加工過(guò)程中，溝槽深度是逐漸變淺的一個(gè)過(guò)程。漸增量是指工件送進(jìn)100mm時(shí)，砂輪提升的高度，如圖4所示。
圖4 砂輪漸增量
(3)砂輪修整補(bǔ)償控制。砂輪修整是因加工工藝的需求，而將砂輪的橫截面修整成所需要的形狀，常用砂輪載面形狀，有兩直線一圓弧，一直線兩圓弧，三圓弧，如圖5所示。
圖5 砂輪載面形狀
2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
(1)產(chǎn)品加工功能：送料軸用于控制產(chǎn)品的進(jìn)給，旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)直線插補(bǔ)功能，實(shí)現(xiàn)與送料軸的同步旋轉(zhuǎn)，用以生產(chǎn)出固定螺距和導(dǎo)程角的產(chǎn)品，砂輪進(jìn)給軸通過(guò)電子齒輪功能，實(shí)現(xiàn)與進(jìn)料軸固定比例的提升。
(2)修整砂輪功能：為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，不同的用戶會(huì)將砂輪修整成不同的截面形狀，該功能通過(guò)Y軸與Z軸的直線或圓弧插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)該功能。
2.3 系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)
按自動(dòng)化程度可分為三種機(jī)電組合自動(dòng)化方案。
(1)純液壓控制型：PLC僅提供邏輯控制，產(chǎn)品的制作和砂輪的修整完全靠液壓和機(jī)械進(jìn)行。
(2)普通PLC+液壓控制：PLC控制一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸(A軸)實(shí)現(xiàn)工件的分度功能，工件的進(jìn)給和磨削等功能靠液壓及機(jī)械完成。
(3)NC(數(shù)控加工中心)系統(tǒng)：例如采用三菱的NC E60系統(tǒng)，控制三個(gè)軸(X+Y+A)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的制作，主要實(shí)現(xiàn)了工件的進(jìn)給和工件分度功能，砂輪的修整完全靠液壓系統(tǒng)完成，是目前自動(dòng)化程度較高的解決方案之一。
3 艾默生CT EC20H解決方案
3.1 原理設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目應(yīng)用艾默生CT EC20H型高速運(yùn)動(dòng)控制專用PLC實(shí)現(xiàn)X+Y+Z+A軸全軸伺服控制，實(shí)現(xiàn)的功能高于數(shù)控加工中心。項(xiàng)目增加了砂輪的修整和砂輪磨損補(bǔ)償功能，也是該項(xiàng)目中難度最大的部分。基于艾默生CT EC20H型PLC解決方案的系統(tǒng)原理如圖6所示。
