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玉柴进口珩磨机珩磨控制器研究与改造 摘要 柴油发动机上的机体是关键零部件，在工作中，承受复杂的交变应力， 随着发动机向高速、强化、高寿命等方向的发展，对机体的设计和加工提 出了更为苛刻的要求，尤其是加工质量将直接影响发动机的各项性能。而 主轴孔的尺寸大小是决定着柴油机的一个很重的关健指标，因此机体珩磨 机在玉柴公司是关健重点设备，它的出了问题会直接影响玉柴产品的质量 及产量。 玉柴机器股份有限公司冷加工厂机体一工段0 8 生产线的进口机体珩磨 机是玉柴1 9 9 4 年引进德国格林公司( g e h r i n g ) 的设备，主要是珩磨柴油 机机体的主轴孔。因机床的使用年限已久，珩磨控制器已老化，造成接触 不良、亮红灯报警等现象，严重影响到了产品的质量和设备的使用寿命。 在机体珩磨机出现的故障中，珩磨控制器的问题占绝大部份，因机床使用 已久，备件厂家已不再生产，并且控制器内部电路复杂，所以出现的问题 难已处理，修复占用时间长，严重影响我们的生产。经查资料及咨询同行， 得知国内还没有过此类的改造，因此对此控制器的研究改造是摆在我们面 前的一个课题、难题。 很明显，如研究改造成功，我们不但攻关解决了珩磨控制器的难题、 解决机床无备件、对产品产量及质量的影响，又方便机床的操作，节约了 一大笔维修费用，并且提供了此类老旧设备的技术解决改造方案。 本课题中，对德国格林珩磨机珩磨控制器原理进行了剖析，在买不到 备件的情况下，根据其控制原理进行了研究和分析，制定出改造珩磨控制 器的硬件选择标准，编制出改造后的p l c 程序，对珩磨控制器进行了改造 并成功地用于机床控制上，结果表明：改造获得了成功，取得了以下几方 面的成果： 1 、珩磨技术在发动机零部加工上的应用； 2 、进口g e h r i n g 珩磨控制器的原理； 3 、改造珩磨控制器所需的硬件选择； 4 、改造珩磨控制器p l c 程序的编制； 5 、改造珩磨控制器的使用手册； 6 、此类改造技术的推广及应用。 关键词：珩磨机体控制程序手册 t h es t u d ya n dt r a n s f o r m a t i o n o fh o n i n gc o n t r o l l e r o f y u c h a ii m p o r t e dm a c h i n e a bs t r a c t t 1 1 ec y l i n d e rb o d yi sk e yp 矾si ni e s e le n g i n e ，b e 撕n g t oh 觚do v e rt o c h a l l g ec o m p l i c a t e d l y i nt h ew o r ks h o u l dd i n t ，a l o n gw i t hl a u n c hm a c h i n e t o w a r dh i 曲s p e e d ， e r 血a n c e ，m el o n gl i f ed i r e c t i o nd e v e l o p m e n t ，r e q u l r ew l t h p r o c e s st op u tf o r w a r dm o r es t r i c tf o rt t l ed e s i g i la n dm a c h i n i n go fc y l i n d e r b o d y ， “，sq u a l i 够o fm a c h i n i n gw i ni n n u e n c et o i t s c 印a b i l i t ) ，o fd i e s e l e n g i n e e s p e c i a l l y ，t i l es i z eo ft h em a i ns p i n d l eh o l e i so n ek e yg u i d e l i n eo f d e c i d ed i e s e le n g i n e ，s o ，h o n i n gm a c h i n ei sk e ya n di m p o r tm a c h i n eo f y u c h a i ，i tw i nd i r e c t l l e s se f f e c tt h eq u a l i t ya n do u t p u t so fp r o d u c t i o no f y u c h a lw h e nt h ee q u i p m e n th a v ef a u l t s t h ei m p o r th o n i n gm a c h i n eo ft h e0 8l i n ep l 枷o fy u c h a j i si m p o r t e q u i p m e n tb yg e h r i n g c o m p a n yi ng e r m a n y ， 19 9 4 ，i t sh o n i n gt l l em a i n s p i n d l eh o l eo fc y l i n d e rb o d yi n d i e s e le n g i n e b e c a u s et l l em a c h i n eu s e d l o n g ，t h eh o n i n gc o n t r o u e rh a v ea l s o u s e dl o n g ，b r i n gc o n t a c tb a da n di e d a l 锄，d i r e c to rs t r o n g l ye q u i p m e n t 1 1 1a l lt h ef a u l t so f t h eh o n i n gm a c h i n e ，m e q u e s t i o no fh o n i n gc o n t r o l l e ri st h em o s t b e c a u s e ， n op a n s ，d i m c u l t ) ，t od e a l w i t ht h eq u e s t i o n ， a 1 1 du s e dl o n gt i m et or e p a i r ， h a v ee 仃e c t e dp r o d u c t i o n a n d w el o o k u pd a t aa n da s kc o l l e a g u e ， l ( i l o wt h i sn ot h et r a l l s f o m a t i o no f h o n i n g c o n t r o l l e ri nc h i n a ，s oi t sad i m c u l tp r o b l e m 川 、- e r yo b v i o u s ，i fm er e s e a r c ha n dr e f o r m a t i o ns u c c e s s ，、耽w i l ls o l v et h e d i m c u l tp r o b l e mo fh o n i n g c o n t r o l l e r ， a n dn op 砒s ，a n dt h eq u a l i t ya n d o u t p u t s ，c o n v e n i e n c eo p e r a t et h em a c h i n e ，s a v em a i n t e n a n c em o n e y ，a n d g l v ea w a vt os o l v ef o rt h et e c h n o l o g ) ro ft h em a c h i n e t h et r ：a 1 1 s f o m l a t i o no fh o n i n gc o n t r o l l e ri ss t u d i e db yt h i sp a p e r t 1 1 r o u g h w r i t ep l cp r o 酽旺i la i l dc h o o s i n gh a r d w a r e a sw e n a sa n a l y z i n gm ep r i n c i p l eo f g e h r i n gh o n i n gc o n t r o l l e r t h et r a n s f o r m a t i o ni s m a d ei nt h i st l l e s i s ，s u c h 髂 p o t e n t i a lm e t e ra n de n c o d e r a tl a s t ，t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sa g r e ew i t h t 1 1 e c o n c l u s i o n s6 o mt h ep 印e rs u c c e s s 如l l yo 日e n d e dp a s st os o l v eh o n i n gt 0w h e t t l l eh a r dn u tt oc r a c ko ft h ec o n t r o l ，s o l v et o o lm a c h i n e t oh a v en os p a r ep a r t s n o to n l v ，t 0m ei n f l u e n c eo ft h ep r o d u c ty i e l da n dt h eq u a l i 劬a g a i n t 1 1 e o p e r a t i o no ft h ec o n v e n i e n tt o o lm a c h i n ee c o n o m i z e d am 句o rp e nt om a i n t a i n e x p e n s e sa l s o ，a n dp r o v i d e dt h i sl ( i n do f t e c l l i l i q u es o l u t i o no ft o o lm a c h i n e ， o b t a i n i n gf o l l o w i n gs e v e r a lr e s u l t s ： l 、t h ea p p l i c a t i o no 仆o n i n gt e c h n o l o g yi nd i e s e le n g i n e ； 2 、t h ep r i n c i p l eo fi m p o r th o n i n gc o n t r o u e r ； 3 、t h eh a r d w a r ec h o i c eo ft m s f o m l a t i o no fh o n i n gc o n t r o l l e r ； 4 、t h ep r o g r a l ：1 1o f p l ct oh o n i n gc o n t i o n e r ； 5 、t h eu s e rh a n d b o o kt oh o n i n gc o n t r o l l e r ； 6 、1 1 1 ee x t e n da i l d 印p l i c a t i o no f h o n i n gt e c h n o l o g ) ，t ot r a n s f i o m a t i o no f h o n i n gc o n t r o n e r k e yw o r d s ： h o n i n g ； e n g i n eb l o c k ； c o n t r o l ；p r o g r a m ；h a n d b o o k i v 广西大掌工程硕士掌位论文玉柴进口髯 备书l | 行磨控制器研究与改造 1 1 选题与研究的背景 第一章绪论 1 1 1 珩磨技术 用镶嵌在珩磨主轴头上的珩磨油石( 又称珩磨条) 对工件表面施加一定的压力，叫 珩磨。珩磨主轴作相对旋转和轴向直线往复运动，去除工件上极小余量的精加工工艺。 镶嵌在珩磨主轴头上的珩磨条对工件表面进行的精加工，又称镗磨，主要是加工各种形 状的圆柱孔，加工平面、外圆面、球面、齿面等等也可以。珩磨头外周围镶有4 1 0 根 长度约为孔长1 3 3 4 的珩磨条，通过珩磨主轴头中的弹簧或液压进行控制而均匀 外涨，同时在加工时既旋转运动又作往返运动，所以与孔表面的接触面积大，加工效率 较高。珩磨后孔的工件尺寸精度达到i t 7 4 级，表面粗糙度达r a 0 3 2 0 0 4 微米。珩 磨余量的大小，取决于工件的孔径和材质，一般铸铁件的为o 0 2 o 1 5 毫米，钢件的 为0 0 1 0 0 5 毫米。珩磨头的旋转速度一般为1 1 0 2 0 0 转每分钟，往返运动的速度一般 为1 2 2 0 米每分钟。为了改善表面工件加工区的粗糙度和降低工作区温度，同时冲去切 屑和珩磨产生的磨粒，加工时需用大量的切削液进行冲洗，用煤油或内加少量的锭子油 也可以，有时也用极压乳化液n 钔。 珩磨机是机械制造行业金属零部件内孔精密加工的重要工艺，工件在珩磨过程中， 由于珩磨压力小，珩磨条与工作表面的接触面积大，珩磨轴是软性连接，自动进行定心， 且相对运动速度较低，热变形系数小，因而能获得较高的加工尺寸精度、几何精度和表 面粗糙度，而不存在内圆磨容易产生的工件表面烧伤、内应力等一系列问题。相对深孔、 细长孔的加工，用珩磨比比用内圆磨更具优势。珩磨与手工或金刚石铰刀的研磨相比较， 表面质量和尺寸精度更高。珩磨的另一优点是被加工过的零件表面带有交叉网纹，这些 网纹相当于无数个贮油孔，并形成油膜，从而改善发动机零件的润滑条件，提高发动机 的使用寿命n 们。 珩磨加工在金属等材料切削成型加工的领域，属于精加工后期的精整加工，其目的是为了获得 更小的表面粗糙度，并稍微提高工件的加工尺寸精度。 1 1 2 选题与研究的背景 广西玉林市玉柴机器股份有限公司冷加工厂机体一工段0 8 生产线的进口机体珩磨 机是玉柴1 9 9 4 年引进德国格林公司( g e h r i n g ) 的设备，主要是珩磨玉柴各柴油机发动 广西大掌工程硕士学位论文 玉柴进口珩磨机珩磨控制器研究与改造 机机体的主轴孔哺1 ，如图卜1 所示。 图卜1 珩磨产品 f i g 1 1 t h ep r o d u c to fh o n i n g 它采用液压控制上下运动，上下速度由比例阀控制，可以调整，旋转由电机带动， 控制珩磨条收涨由液压元件控制，珩磨尺寸检测由气检环规检查，磨到尺寸后气检测量 控制系统发信号到电气控制系统，完成珩磨口1 。机床如图卜2 至卜4 示。 ( a ) 全貌图侧面一1 图卜2 机床全貌图一1 f 逅1 2t h em a c h i n eo f a l 卜l 同 b ) 全貌图侧面一2 广西大掌工程司北b 掌位论文玉桨进口珩磨机珩磨控制器研究与改造 ( a ) 机床上料图b ) 机床出料 图卜3 机床全貌图一2 f 适1 3t h em a c h i n eo f a 1 1 2 ( a ) 机床在珩磨产品b ) 机床侧面图一3 图卜4 机床全貌图一3 f i g 1 4t h em a c h i n eo f a 1 1 3 固 广西大学工程硕士掌位论文玉柴进口嗣削軎和l ，行磨控制器研舅号改造 机床铭牌如图卜5 示。 崩撅鬈能 卧 一8 蠹。节 厂机床铭脚倒 ：；酸嚣；铲：并煺 3 启o v 。 之7 j 梨熏翟辫舢。姚o v 荔t e n s o n0 ecommande?萼 鬣箍：；，j i 警黪虢荔 ：赋蓉巍。 纂囊褰薹蒸蚕慧鬈 i ；燃寥糯。若誓；蒡一鬻麓簪攀曦 p u l s s a n c en o m l n a l t 雾曩j 。：，藏 魏：瀚：! 譬删。孵薹7j 秽j 羹黪黪鬻滗盔豢荔豢 藜。爨黪黟i 爱篆蒸j 。黍i 纂蒸麓 萎、。e o u r 封rm o m j 辩a lj 。；囊。i ；缓i = 誊聱i 。瑗i i 溺 赫麟囔瓣黼赣鬻鸶酾澎j 垂渤秘v 臻攀碧缓嬲黪缪黪缪獭爨黝疑 ( b ) 珩磨测量控制系统说明书 图卜6 机床珩磨尺寸测鼍控制系统 f i g 1 6g a u g i n gs y s t e mo f t h em a c h i n e 该珩磨机的电气控制系统采用接触器加p l c ( s i e m e n ss i 帆t i cs 5 9 5 u 型p l c ) 控 制驯，如图卜7 和图卜8 示。 啊 广西大掌工程司n 掌位截譬 玉豢进口珩磨枫珩磨控制器研究与改造 图卜7 机床珩磨电气控制系统一l f 皓l - 7t h ee l e c t r i cc o n _ o ls y s t e mo f t h em a c h i n e 一1 图卜8 机床珩磨电气控制系统一2 f i g 1 8t h ee l e c t r i cc o n t r o ls y s t e mo f t h em a c h i n e 2 珩磨尺寸测量及珩磨尺寸到位控制采用德国格林公司( g e h r i n g ) 生产的控制控制器 h u s1 3 引，如图1 9 示： 宙 。西大掌工程硕士掌位论文 玉豢进口珩磨机珩晶 控制器研究与改造 图卜9 机床珩磨控制器删s1 3 f i g 1 - 9t h eh o n i n gc o n t r o l i e rh u s 1 3 图l - l o 为硬件实际接线图。 图卜1 0 机床珩磨控制器删s1 3 在机床中的接线图 f i g 1 一1 0t h ew i r i n gd i a g 舢o f h o n i n gc o n t r o l l e rh u s l3 珩磨上下行程检测采用电位器检测，接路接入h u s1 3 里面，电位器安装位置及电 器如图卜l l 所示。 墨 广。西大掌工程司旺b 掌位论文玉豢进口珩磨机珩摩控制器研究与改造 ( a ) 行程检测电位器安装图( b ) 行程检测电位器 图卜l l 行程检测电位器及其安装图 f i g 1 一1 1t t l er e s i s t a n c eo f p o s i t i o na i l di n s t a l l 上下行程的位置可以通过安装在操作面板的电位器调整，如图卜1 2 所示。 图卜1 2面板行程调整电位器图 f i g 1 - l2r e s i s 切l n c eo fa d j u s tp o s i t i o ni nt h ep 锄e l 因机床的使用年限已久，珩磨控制器的电子、机械元件很多已老化。近几年控制 器及检测行程的电位器经常出现接触不良、亮红灯报警等现象，但由于控制电路复杂， 电子元件老化，虽经我们拆下检修修理，但还是经常出现接触不良、珩磨控制器亮红灯 报警等问题。此类问题断断续续出现，有时会造成机床自动关液压，在珩磨过程中机床 停止转动，有时会磨伤机体，致使机体报废，严重影响玉柴公司发柴油发动机机体产品 7 广西大掌工程硕士学位论文玉柴进口珩磨和l ，行磨控制器研究与改造 的产出及质量。经咨询德国机床厂家，此类控制器已停产，无此备件。行程检测电位器 不是一般的电位器，它精密高，耐磨长寿命，进口虽有替代的，但采购价格高，采购周 期长。单买此电位器还不能彻底解决该机床的主要问题，机床控制器还在存在着电子元 件老化等问题。 图卜1 3 行程检测电位器损坏图 f i g 1 1 3t l l eb a dr e s i s t a n c eo f 刎u s tp o s i t i o n 1 2 课题目的和意义 柴油发动机上的机体是关键零部件，在工作中承受着复杂的交变应力，随着柴油发 动机向高速、强化、长寿命等方向的发展，对机体的设计及加工提出了更为严格的要求， 尤其是零部件的加工质量将直接影响发动机的各项性能。而主轴孔的尺寸精度更是决定 着柴油机的一个重要的关健指标，因此机体珩磨机在玉柴公司是关健重点设备，它的出 了问题会直接影响玉柴产品的质量及产量。 珩磨机作为柴没发动机气缸等零部件精加工的重要设备，在机械加工行业中有着重 要的地位。可是，我国的大部分珩磨设备相对国外的比较，还是比较落后，已满足不了 汽车行业迅猛发展的要求。与国外先进的珩磨设备控制技术相比较，国内的珩磨控制技 术还不成熟，稳定性差，珩磨工艺落后，加工出的产品质量尺寸精度不够纠。 本课题研究的内容是利用p l c 、旋转编码器、触摸显示控制技术实现珩磨机床的智 罾 广西大掌工程硕士掌位论文玉柴进口珩甓 机珩蘑嚏乏制器研舅号改造 能化改造，将主轴往复上下运动、上下行程调整、报警等控制进行了改进，同时将触摸 数字控制技术应用到改造后的珩磨控制系统中，本课题中将原有的旧珩磨控制器改造 后，提高了机床控制系统的自动化水平。珩磨机的改造，主要是主轴往复运动上下行程 控制调整以及旋转启动点等进行了改造。本课题主要就解决以上问题进行了分析、研究、 设计，提出了解决问题的办法。针对珩磨机的特点，结合我们所熟悉的硬件，选用了西 门子p l cs 7 2 0 0 的c p u 作为主控制器，给出了硬件及软件的设计，编写手册，编写改 后的安全操作规程。 经查资料及咨询同行，得知国内还没有过此类的改造，而国内一些珩磨机的珩磨控 制器虽也生产，但只应用于他们自己生产的机床，况且对我们改造进口的珩磨机有很多 不适合的地方，并且改造改动大，要更换很多机械部件，费用高。国外最新的珩磨控制 技术也是要改动大，要更换电机等诸多东西，技术复杂，费用高，采购周期长，对我们 这台用了十多年的机床来说，不值得进行此改造。因此对此控制器的研究与改造是摆在 我们面前的一个课题、难题。 很明显，如果对珩磨机控制器研究改造成功，我们不但解决了珩磨控制的难题，解 决机床无备件，进口备件采购价格高、采购周期长等问题，同时也解决其对产品产量及 质量的影响，方便机床的操作及维修，并且节约了一大笔维修费用，提供了此类机床的 技术解决方案。 1 3 国内外的研究现状 1 3 1 国外最新的珩磨控制技术 玉柴冷加工厂另一台进口珩磨机是2 0 0 3 年从德国引进的，它也是德国格林公司 ( g e h r i n g ) 出的产品，如图卜1 4 所示。其控制系统也是采用他们公司生产的珩磨控制 器，显示操作控制控制采用s i e m e n s 公司的产品，如图卜1 5 示。p l c 采用s i e m e n ss 73 0 0 系统，伺服控制器采用力士乐d d s 系统，如图卜1 8 示。它采用先进的控制方法，显示 操作屏采用西门子产品，界面采用w i n d o w s 视窗+ 格林( g e h r i n g ) 自己开发的珩磨控制 软件系统，如图卜1 6 示，它采用数控技术，珩磨笼、珩磨头、输送带位置可以通过修 改软件上的数值进行调整，可加工玉柴多种机体，从某种意义上来说，可实现柔性化加 工。 9 图卜1 4 玉柴另一台进口德国g e h r i n g 珩磨机 f i g 1 1 4t h eo t h e ri m p o r th o n i n gm a c h i n e o f y u c h a i 图卜1 5 控制显示操作系统 f i g 1 一1 5t h es y s t e mo f d i s p l a y a l l dc o m r o l 广西大掌工程司n b 学位论文 玉集进口珩磨和u 行磨控制器研究与改造 图卜1 6 珩磨控制软件 f 喀1 一1 6n e s o ro f h o n i n gc o n 仃o l 图卜1 7 正在加工产品及新型测量控制系统 f 培1 1 7t h en e wg a u g i n gs y s t e mo f t l l em a c h i n e 锄d i np r o c e s s 1 1 广西大掌工程硕士掌位。论文玉柴进口珩磨和嘶磨控制器研究与改造 图卜1 8电气及珩磨控制系统 f i g 1 一1 8t 1 1 es y s t e mo f e l e c t r i ca l l d h o n i n g 1 3 2 国内最新的珩磨控制技术 1 3 2 1 中达电通公司卧式珩磨机 由中达电通公司研究开发的卧式珩磨机，具有较高的工作效率和工作性能，能精确 珩磨工件内圆，而且还能检测工件内圆的“凸点”，加工效率也远远超过磨床n 朝。基于中 达机电技术卧式精密珩磨机如图1 1 9 所示。 广。西r 大掌工程硕士掌位论文 玉柴进口珩磨勾u 行磨控制器研究与改造 图卜1 9 中达电通自动化卧式精密珩磨机 f i g 1 - 1 91 n l ep r o c ；e s sh o n i n gm a c l l i n eo f z h o n g d a d i 锄g t o n ga u c o m a t i z a t i o n 它的控制结构设计如下 控制结构参见图1 2 0 所示。 触摸屏加。p p l c d 1 i p 4 8 5 通 a s d 伺服系统 图卜2 0 中达电通自动化卧式精密珩磨机 f i g 1 2 0n ep r o c e s sh o n i n gm a c h i n eo f 出o n 斟a d i a i l g c o n g 鲫幻m a t i z a t i o n 硬体控制由以下组成： p l c ：d v p 3 2 e h 0 0 m台达伺服专用p l c 。 变频器：v f d 0 7 5 v 4 3 台达全矢量控制型变频器。 伺服系统：3 0 0 0 w 台达中惯量系列伺服驱动器。 广西大掌工程硕士学位论文 玉柴进口珩磨机珩磨控制器研究与改造 电气系统电控柜参见图1 2 1 所示。 图卜2 1中达电通自动化卧式精密珩磨机 f 培l 一2 lt h ep r o c e s sh o n i n gm a c h i n eo fz h o n g d a d i a n g c o n ga l i t o m a t i z a t i o n 人机界面如下： 关键的控制参数如图1 - 2 2 、图l 一2 3 、图1 - 2 4 所示。 图1 - 2 2 系统监控主页 f i g 1 - 2 2t h eh o m e p a g eo f m o n i t o rs y s t e m 1 4 广西大掌工程硕士掌位论文玉豢进口珩磨机珩磨控制器研究与改造 图1 - 2 3 伺服参数面面1 没省 图1 2 4 伺服参数画面2 设置 f i g i 2 4 1 1 l es e 棚p0 fd r i v ep a “i m e t e r2 该机床可以加工各种材料的内圆工件。由于台达p l c 阴系列提供大容量掉电可保 持记忆的数据寄存器，所以控制系统性能具有不需要其它外设即可实现用户加工工艺参 数的存储，方便生产者现场灵活调度的特点。 1 3 2 2 国内一种基于电流闭环控制的可控电解珩磨加工方法 可控电解珩磨加工方法，是以计算机实时控制电解珩磨过程中工件表面扫描电解电 ，西大掌工程硕士掌位论文玉柴进口珩磨机珩窖控制器研究与改造 场强度，从而达到控制各点的金属去除速度，同时实现高几何精度与高表面质量的精密 加工的方法n 副。 电解加工的关健就是要求取加工工件上各点的施电电解电流，以及通过计算机控制 各点电解加工电流的稳定n 钉。 1 3 2 3 国内技术最先进的其它珩磨机产品 a 、宁夏银川大河数控机床有限公司研究开发的2 m k 2 2 1 6 数控立式珩磨机床，它的主 轴采用比例伺服控制技术，主轴的位置和移动速度可实现数字式编程调整。机床采用模 块化设计，可用于发动机缸体孔、缸套孔、液压阀体孔、活塞环以及各种类型的孔和盲 孔的精加工。该机能单机使用，也能并入到自动化生产线线上使用，是国内技术最先进 的珩磨机产品之一。 b 、大足科技数控珩磨机床，它的主机采用模块化设计，线中采用了先进的滚动柔 性上料道，摆杆步伐输送。珩磨轴的往复运动，采用了伺服驱动电机的方式，取代了传 统的液压驱动方式，这是国内的一项技术创新。 该机床装备有气动主动测量仪，实现了加工过程主动测量，气动检查测量仪中的气 电转换器，从日本进口。珩磨轴的旋转采用变频电机驱动控制，调速范围广，调整方便。 主控制系统采用德国力士乐公司的数控系统，具有在线故障诊断，工作状况监视，故障 报警以及文本显示等功能，技术先进，性能可靠。 1 4 本论文研究的主要内容 本文将开展以下几方面问题的研究，并提出技术解决方案，完成研究与改造。 1 、原控制器的功能研究。 2 、新改造控制器原理与功能，并扩展丰富。 3 、改造珩磨控制器硬件的选择。 4 、实现功能p l c 程序的编制。 5 、操作显示面板t p l 7 0 b 功能介绍( 人机界面) 。 6 、改造的珩磨控制器使用手册。 1 6 广西大掌工程硕士掣巩盘论文玉柴进口珩磨机珩磨控制器研究与改造 第二章原珩磨控制器的研究及新控制器的原理与功能 2 1 原控制器的控制原理与功能 2 1 1 原珩磨控制器硬件接线图 如下图2 1 所示： 图2 1 改造前机床正在使用的珩磨控制器 f i g 2 - l1 1 1 eh o n m gc o n 仃o l l e ro f o l d 1 7 广西大掌工程硕士掌位论文 玉柴进口珩磨机珩磨控制器研究与改造 2 1 2 原珩磨控制器电气原理图 图2 2 至2 7 所示为厂家随机床配来的原珩磨控制器电气原理图。 图2 2 原珩磨控制器电气原理图】 f i g 2 - 2 丁h et h e o 叫o f o i dh o n i n gc o n t r 0 1 1 e 卜 纠2 3 原珩麽控制器【u 气原理矧一2 f i g 2 3t h et h e o 叮o f0 1 d h o n i n gc o n t r o l l e 卜2 圃 广西大掌工程硕士掌位论文玉囊 进口琦鲋簪审u 行磨控靠器研究与改造 图2 4 原珩磨控制器l l l 气原理图一3 f i g 2 4t h et h e o 可o f0 1 dh o n i n gc o n t r o l l e 卜3 图2 5 原珩磨控制器电气原理图一4 f i g 2 5t h et h e o 叮0 f o l dh o n i n gc o n t r o n e “ 广西大掌工程司n b 学位论文玉鬃进口珩磨机珩蜜控制器研究与改造 图2 6 原珩磨控制器电气原理图一5 f i g 2 6t h et h e o 巧o f o l dh o n i n gc o n t l o l l e r 二5 图2 7 原珩磨控制器电气原理图一6 f 嘻2 - 71 1 1 et h e o d ro fo l d h o n i n gc o n 仃o l l e 卜6 2 1 3 原控制器的功能 从控制电气原理图、接线图、机床控制线路接线图以及实际应用，加上我们的研究 分析，我们得知它在本机床上主要功能如下： 厂。西大学工程硕士掌位论文 玉椠进口珩磨机珩癌净窆制器研舅可改造 图2 8 原珩磨控制器接线端图 f i g 2 8t h ew i r i n gd i a g r a l i lo fo l dh o n i n gc o n t r o u e f 如图2 8 所示，信号接控制器1 脚为珩磨控制自动开始，2 为手动向上，3 为手动 向下，6 上位置调整，7 实际位置值，8 下位置调整，1 1 一1 2 主轴旋转，1 3 一1 4 无故障， 1 5 接+ 2 4 v 电源，2 4 珩磨控制上下液压阀，3 2 主轴旋转接触器。 原控制器( g e h r n gh u s l 3 l 的接线功能情况： h u s l 3i o ( 输入r 输出) 端子： 1 s t a r t 自动运行启动 2a u f 手动上升 3a d 手动下降 4o p 直接接到+ 2 4 v 5p 给r 6 、r 7 、陷电位器供电 6o p r 6 电位器中间点，u p p e rr e v e r s a ip o i n t 7gr 8 电位器中间点a c t u a iv a i u eg e n e r a t o r 8u pr 7 电位器中间点 b o t t o mr e v e r s a ip o i n t 9m r 8 电位器0 点 1 0o = 屏蔽地 1 班2常开继电器s p i n d l er o t a t i o no no n 主轴启动，o f f 主轴停止 1 3 ，1 4常开继电器n o to n f a u l th u s l 3 无故障，o f f f a u i th u s l 3 有故障 1 5+ 2 4 v 直接接到+ 2 4 v ( 供电) 广西大掌工程硕士掌位论文玉柴进口珩磨审l | 行磨控制器研究与改造 1 6 2 1 不用 2 2 m r 6 、r 7 电位器0 点 2 3 不用 2 4 y 1y 1s t r o k ed o w n ws p i n di e 2 5 2 7 不用 2 8 m公共0 v ( 供电) 2 9 3 1 不用 3 2 y 1k 2 4s t r o kd 0 w n ws p i n di e 原h u s l 3 逻辑功能： 命令： o n 一珩磨轴启动( 下降) ，o f f 一珩磨轴停止( 上升) h u s ls t a r t 信号自保继电器 1s t a r l t 自动手动运行启动，为1 开始珩磨机体，当磨到尺寸时为。时( 气环规检测) 结束珩磨机体 输出： 1 班2 常开继电器s p i n d i er o t a t l o no n ( 主轴转) ，有s t a n 信号后，珩磨头下到机体主 轴孔第3 档时为1 ，主轴转动s t a r t 信号停止后，珩磨头升到机体主轴孔第3 档时为0 ， 主轴停止 1 驵4 常开继电器n o tf a u l t ，正常时没有任何故障为1 2 4y 1y 1s t r o k ed o w n ws p i n d i e ，1 向下，o 向上有s t a r t 信号后，珩磨头向下运动， 到达下程时y 1 = 0 ，珩磨头转向上运动，到达上程时y 1 = 1 ，珩磨头又转向下运动，直到 珩磨到尺寸后，s t a r t 信号= 0 ，珩磨头向上运动回到顶点。 3 2y lk 2 4s t r o kd o w n w s p i n d f e ，与2 4 y 1 一样，作y 1 自保用。 2 1 4 原珩磨控制器的缺点 原珩磨机行程控制是靠机械链轮将直线运动转化为旋转运动，往复的行程是靠旋转 运动带动电位器，靠电位器的阻值来实现控制，存在以下的缺点是： 1 、无法显示珩磨轴位置值、珩磨轴移动的线速度和珩磨运动的控制状态。 2 、因无显示，往复行程人工操作，很难调整到理想的位置，调整起来也不方便， 只能凭感觉一点点调整合适。 3 、重复定位精度偏差过大。 4 、零点偏移设置困难、麻烦。 广西大掌工程硕士掌位论文玉柴进口珩磨机珩霹控制器研究与改造 5 、无轴下超保护，有时调整过低会埋击到珩磨控制头。 6 、故障信息无法显示，只是一个红灯报警，维修困难。 2 2 新珩磨控制器的原理与功能 新改造的珩磨控制器是利用旋转编码器发出的脉冲做c p u 计数脉冲方法来实现对珩 磨机往复行程的精确数字控制，从而取代原来使用行程检测电位器控制的控制器，达到 机床控制的需要。采用旋转编码器来做控制元件，可以克服了旧珩磨控制器存在的缺点。 2 2 1 编码器的选型 转编码器发出的脉冲有a 相和b 相脉冲，有了这两相脉冲，p l c 的c p u 高速计数 输入端就可根据a 、b 两相脉冲到来的顺序，进行判断旋转编码器是正向旋转还是反向 旋转。假设旋转编码器正向旋转为加计数，那么反向旋转就是为减计数，由于本次机床 改造所使用的是s i e m e n ss 7 2 0 0 可编程序控制器，它带有一个l o o k h z 的高速计数单元， 这就对它的接收脉冲频率有了限制，依据此对编码器进行选型。一般珩磨机的往复速度 在5 3 0 m m i n ，即最大往复速度为6 0 0 m s ，假设编码器由带轮直联带动，编码器带轮 直径为5 0 衄，编码器带轮周长l - 丌d = 3 1 4 5 0 = 1 5 7 4 姗，则编码器最高转速为 6 0 0 舢1 5 7 4 舢s = 3 8 l r s ，若编码器每转输出脉冲为1 0 0 0 0 p r ，则编码器最高频率为 3 8 l 书l o 0 0 0 p r = 3 8 1 k h z ，小于1 0 0 k h z ，本次改造选用编码器为h e i d e n 姒i n ( 海德汉) ， 每转能输出2 0 0 0 个a 、b 脉冲，而s 7 2 0 0 的c p u 对高速输入端的脉冲取上升沿和下降沿 的跳变信号作为计数信号，这相当于对旋转编码器发出的脉冲信号有四倍频的作用，即 旋转编码器旋转一转，c p u 的高速计数单元按2 0 0 0 p r 4 = 8 0 0 0 p r 计数，即使这样也不 会超出c p u 的最高计数频率，因此不需要另外加装其它高速计数单元的硬件n 别。 2 2 2 高速计数单元的设置 s 7 2 0 0 型可编程序控制器的高速计数输入端有线性和循环计数方式之分，本改造的 控制器计数输入端按差相线性计数方式设置。 2 2 3 原理 将珩磨机往复行程上、下换向点位置的坐标数值分别以十进制数( 1 6 进制需转化) 放置在s 7 2 0 0 数据寄存区不同的数据地址中，以这些数值为目标值，高速计数输入端 广西大掌工程硕士掌位论文玉荣进口琦 冬机珩磨控制器研究与改造 传送来的累加计数或累减计数值为当前值，用当前值与几个目标值比较，根据比较的结 果发出控制信号，控制珩磨轴的往复是向下换向还是向上换向n 钔，如图2 9 所示。 图2 - 9 原理图 f i g 2 9 t h e t i l e o 巧 由前所述，编码器带轮直径d = 5 0 m m ，编码器带轮周长l = 1 5 7 4 m m ，编码器每转一 圈发出的脉冲数：2 0 0 0 4 倍频= 8 0 0 0 个，编码器的每个脉冲代表着往复移动的距离，即 脉冲当量，脉冲当量= 1 5 7 乌恕0 0 0 = 0 0 1 9 6 7 5 m m p ，根据此脉冲当量可计算出零点位置分 别到往复上换向点、下换向点以及上极限点的距离( 脉冲数) ，这些距离的数值可做为 它们目标值的坐标，上下换向点的坐标之差即为往复行程距离。当主轴往复的行程确定 后，改变上、下换向点的坐标数值，可改变主轴往复的行程区间。这些值的设定可通过 触摸屏显示控制屏来直接设定。根据触摸屏和s 7 2 0 0 的通讯协议传送到s 7 2 0 0 的数据区 寄存器【1 0 】。 2 3 本章小结 使用旋转编码器做珩磨机往复行程的控制，控制灵活，效率提高。可以克服电位器 控制珩磨机往复换向的很多缺点，使用方便，往复程行区域、上下换向位置在规定的范 2 4 广西大掌工程硕士掌位论文 玉豢进口珩磨彩u 行磨控制器研究与改造 围内可以任意设定，由于采用非接触式，可实现免维护。因此，使用旋转编码器做珩磨 机的控制元件，可以为珩磨机的高速数字调整控制的发展奠定一定的基础n 2 。 广西大掌工程硕士掌位论文玉荣进口珩磨书l | 行磨控制器研蓦 与改造 第三章珩磨控制器硬件的选择 3 1 硬件选择应具有的功能 德国g e h r i n g 公司的珩磨机，电气控制系统采用s i e m e n ss 5 9 5 u 型p l c ，用于珩磨发 动机机体主轴孔，珩磨主轴动力头可在立柱上垂直上、下滑动。机床加工过程是：珩 磨主轴旋转。珩磨头从原位置下降至冲程设定的位置，进入机体主轴孔。液压控制 珩磨条胀出，在主轴孔中轴向上、向下( 冲程设定高、低位置区间) 往复运动数次( 珩 磨) 。测量检查系统发出完成信号，珩磨条缩入，珩磨主轴停止旋转。珩磨头上升 至原位置，进入下一个加工循环。 通过分析研究，本次改造的珩磨控制器应具有以下的功能。 珩磨控制器的主要功能： 替代德国g e h r i n ge p1 0 4 8 6 0 珩磨机的h u s l 3 珩磨控制器； 设置珩磨上程点( 在显示控制面板上设置) ； 设置珩磨下程点( 在显示控制面板上设置) ； 设置脉冲位置转换系数( 在p l c 程序设置) ； 设置珩磨线速度极限点( 在p l c 程序设置) ； 设置零点偏移值( 在p l c 程序设置) ； 设置主轴旋转启动点( 在p l c 程序设置) ； 珩磨轴下超程保护； 显示珩磨轴位置值、珩磨轴移动的线速度和珩磨运动的控制状态； 显示一些故障信息； 根据设置参数和启动命令s t a r t 控制珩磨轴作珩磨运。； 珩磨控制器的硬件构成 p l c ls i e m e n ss 7 2 0 0c p u 2 2 6 ，说明参考s 7 2 0 0 可编程控制器系统手册。 选用西门子s 7 2 0 0c p u 2 2 6 型p l c 是由于：一、它具体高速计算单元；二、编程容 易上手；三、我们熟悉它的使用。 编码器：德国海德汉h e i d e n h a i nr o d 4 2 6 增量型编码器，电源5 v ，精度：1 0 2 4 线。 具体说明详见附件：2 卜h e i d e n h a 工n 旋转编码器p d f 文档。 广西大掌工程硕士掌位论文玉柴进口珩磨机珩磨控制器研究与改造