時(shí)間:2017-12-19 11:24:48來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
1.引言
珩磨機(jī)的往復(fù)行程精度控制一直是制約珩磨機(jī)高速化發(fā)展的瓶頸。本文介紹一種利用旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖做CPU計(jì)數(shù)脈沖方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)珩磨機(jī)往復(fù)行程的精確控制,從而對(duì)珩磨機(jī)床品質(zhì)的提高發(fā)生質(zhì)的飛躍。
以往的珩磨機(jī)行程控制是靠機(jī)械鏈輪將直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)撞塊的碰撞或滑塊的碰撞來(lái)改變珩磨機(jī)往復(fù)的換向,往復(fù)的行程是靠調(diào)整滑塊、撞塊的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的,它有諸多不便:
(1)由于人工操作,往復(fù)行程很難調(diào)整到理想的位置,調(diào)整起來(lái)也不方便。
(2)加之滑塊碰撞有磨損、松動(dòng)之嫌,往復(fù)反向時(shí)容易引起重復(fù)定位精度偏差過(guò)大。
(3)需要經(jīng)常校正撞塊的位置。
(4)往復(fù)要求小行程時(shí),無(wú)法設(shè)置。
(5)由于接觸式碰撞容易損壞器件,造成維護(hù)成本過(guò)高。為此我們?cè)跀?shù)控珩磨機(jī)中采用旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)做控制元件,成功地克服了上述缺點(diǎn)。
2.編碼器的選型
大家知道旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖分A相脈沖和B相脈沖,有了A、B兩相脈沖,PLC的CPU高速計(jì)數(shù)輸入端就可根據(jù)A、B兩相脈沖到來(lái)的順序,判斷旋轉(zhuǎn)編碼器是正向旋轉(zhuǎn)還是反向旋轉(zhuǎn)。若設(shè)定旋轉(zhuǎn)編碼器正向旋轉(zhuǎn)為加計(jì)數(shù),那么反向旋轉(zhuǎn)就為減計(jì)數(shù),由于本機(jī)床使用的是歐姆龍可編程序控制器,它帶有一個(gè)100kHz的高數(shù)計(jì)數(shù)單元,這就對(duì)它的接收脈沖頻率要給予限制,以此為依據(jù)對(duì)編碼器選型。
一般珩磨機(jī)的往復(fù)速度在3~30m/min,即最大往復(fù)速度為500mm/s,假設(shè)編碼器由帶輪直聯(lián)帶動(dòng),編碼器帶輪直徑為60mm,編碼器帶輪周長(zhǎng)L=πD=3.14×60=188.4mm,則編碼器最高轉(zhuǎn)速為500mm/188.4mm/s=2.65r/s,若編碼器每轉(zhuǎn)輸出脈沖為10000P/R,則編碼器最高頻率為2.65*10000P/R=26.5kHz,遠(yuǎn)小于100kHz。
本機(jī)床選用編碼器為OMRONE6B2-CWZ6C2000P/R,每轉(zhuǎn)能輸出2000個(gè)A、B脈沖,而CJ1M的CPU對(duì)高速輸入端的脈沖取上升沿和下降沿的跳變信號(hào)做計(jì)數(shù)信號(hào),這相當(dāng)于對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖信號(hào)有四倍頻的作用,即旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),CPU的高速計(jì)數(shù)單元按2000P/R×4=8000P/R計(jì)數(shù),即使這樣也不會(huì)超出CPU的最高計(jì)數(shù)頻率,因此不需要另加其它高速計(jì)數(shù)單元硬件。
3.高速計(jì)數(shù)單元的設(shè)置
CJ1M型可編程序控制器的高速計(jì)數(shù)輸入端有線(xiàn)性和循環(huán)計(jì)數(shù)方式之分,本機(jī)床計(jì)數(shù)輸入端按差相線(xiàn)性計(jì)數(shù)方式設(shè)置。
4.原理
將珩磨機(jī)往復(fù)全行程上、下?lián)Q向點(diǎn),水圈位置的坐標(biāo)數(shù)值分別以十進(jìn)制數(shù)(16進(jìn)制需轉(zhuǎn)化)放置在CJ1M數(shù)據(jù)寄存區(qū)不同的DM地址中,以這些數(shù)值為目標(biāo)值,高速計(jì)數(shù)輸入端傳送來(lái)的累加計(jì)數(shù)或累減計(jì)數(shù)值為當(dāng)前值,用當(dāng)前值與幾個(gè)目標(biāo)值進(jìn)行比較,比較的結(jié)果發(fā)出中斷,控制主軸往復(fù)是向下?lián)Q向還是向上換向。
由前所述,編碼器帶輪直徑D=60mm,編碼器帶輪周長(zhǎng)L=188.4mm,編碼器每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù):2000×4倍頻=8000個(gè),編碼器的每個(gè)脈沖代表往復(fù)移動(dòng)的距離即脈沖當(dāng)量,脈沖當(dāng)量=188.4/8000=0.02356mm/P,根據(jù)此脈沖當(dāng)量可計(jì)算出水圈零點(diǎn)位置分別到往復(fù)上換向點(diǎn)、下?lián)Q向點(diǎn)以及上極限點(diǎn)的距離(脈沖數(shù)),這些距離的數(shù)值可做為它們目標(biāo)值的坐標(biāo),上下?lián)Q向點(diǎn)的坐標(biāo)之差即為往復(fù)行程的距離。
當(dāng)主軸往復(fù)的行程確定后,改變上、下?lián)Q向點(diǎn)的坐標(biāo)值,可改變主軸往復(fù)的行程區(qū)間。這些值的設(shè)定可通過(guò)觸摸屏來(lái)直接設(shè)定。根據(jù)觸摸屏和CJ1M的通訊協(xié)議傳送到CJ1M的DM區(qū)寄存器(觸摸屏與CJ1M的通訊不再說(shuō)明)。
5.調(diào)試
水圈位置零點(diǎn)的確定:要想往復(fù)控制精確,必須找出一個(gè)珩磨開(kāi)始往復(fù)的唯一起始基準(zhǔn)點(diǎn)—水圈零點(diǎn),才能確保精確,這就提出了一個(gè)難點(diǎn),如何使水圈位置零點(diǎn)唯一不變。由于無(wú)觸點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)發(fā)訊是在一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi),若在機(jī)床上電的一瞬間,感應(yīng)塊在水圈無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)發(fā)訊范圍內(nèi)的任一位置上,此時(shí)CPU讀取水圈零點(diǎn)的數(shù)值,其位置在空間不是一個(gè)固定點(diǎn),上、下范圍內(nèi)最大可差十幾毫米,這就無(wú)法唯一確定水圈位置、更無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制。
若機(jī)床在上電一瞬間,感應(yīng)塊不在水圈無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)發(fā)訊范圍內(nèi),這樣有兩種情況:一種感應(yīng)塊位置在水圈開(kāi)關(guān)之上;另一種感應(yīng)塊位置在水圈開(kāi)關(guān)之下。要使CPU讀取水圈零點(diǎn)的數(shù)值,必先使感應(yīng)塊逼近水圈開(kāi)關(guān)發(fā)訊的范圍,那么,它們又有上逼近點(diǎn)和下逼近點(diǎn),二者之間又相差十幾毫米,結(jié)果也不是唯一的。
如果把零點(diǎn)放在上極限位,雖然主軸往復(fù)向上到最高點(diǎn)上極限位置不能繼續(xù)上移,主軸向上移動(dòng)到上極限位置也只有下逼近,但每次機(jī)床上電往復(fù)前必須把主軸上移至上極限位置,從上極限位置開(kāi)始起始工作,這樣即麻煩,又影響工作效率,很不湊效,無(wú)法突破。在后來(lái)調(diào)試中,經(jīng)認(rèn)真觀(guān)察分析,總結(jié)出主軸在機(jī)床上電的一瞬間,停止位置無(wú)非有三種情況:
(1)停在上極限和水圈開(kāi)關(guān)上方不發(fā)訊的范圍A區(qū)內(nèi);
(2)停在水圈開(kāi)關(guān)發(fā)訊的范圍B區(qū)內(nèi);
(3)停在水圈開(kāi)關(guān)下方不發(fā)訊的范圍C區(qū)內(nèi)。
第一種情況要想使主軸正常往復(fù),感應(yīng)塊必須通過(guò)水圈開(kāi)關(guān)發(fā)訊范圍B區(qū),第二種情況感應(yīng)塊本身就在水圈開(kāi)關(guān)發(fā)訊范圍B區(qū),第三種情況要想使主軸正常往復(fù),必須使主軸在往復(fù)區(qū)域內(nèi)受控。要使其受控必須建立一個(gè)唯一坐標(biāo)基準(zhǔn)水圈位置零點(diǎn),那么往復(fù)前必先使主軸向上達(dá)到水圈開(kāi)關(guān)發(fā)訊范圍B區(qū),這樣將第一種和第三種情況都?xì)w納為第二種情況——坐標(biāo)數(shù)值零點(diǎn)登記。從零點(diǎn)登記后到主軸進(jìn)入往復(fù)區(qū)域內(nèi)正常往復(fù),主軸必須得到一個(gè)向下往復(fù)的指令。
綜合上述三種情況,主軸進(jìn)入正常往復(fù)區(qū)域往復(fù),必須有一個(gè)離開(kāi)水圈開(kāi)關(guān)位置向下從發(fā)訊到不發(fā)訊的一個(gè)過(guò)程,我們?nèi)∵@個(gè)發(fā)訊到失訊的下沿信號(hào)做為零點(diǎn)登記賦值信號(hào),這個(gè)結(jié)果是唯一的。不考慮主軸是從上或從下逼近水圈開(kāi)關(guān),只取其“向下”離開(kāi)水圈開(kāi)關(guān)失訊的那一時(shí)刻為基準(zhǔn),因?yàn)槲覀冎劳粋€(gè)無(wú)觸點(diǎn)接近開(kāi)關(guān),在它條件相同的情況下,發(fā)訊檢測(cè)距離從發(fā)訊到失訊是一定的,即只要開(kāi)關(guān)的位置不變,則感應(yīng)塊向下離開(kāi)水圈開(kāi)關(guān)使開(kāi)關(guān)失訊的空間位置是一定的,這就順利地解決了水圈位置零點(diǎn)是唯一的問(wèn)題,使其有一個(gè)突破。
如果把主軸在水圈位置零點(diǎn)的坐標(biāo)定為0,主軸向下旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)數(shù)為正值,那么在往復(fù)區(qū)內(nèi)的計(jì)數(shù)值均為正值,而當(dāng)主軸上升到水圈開(kāi)關(guān)位置上方至上極限區(qū)域內(nèi),計(jì)數(shù)值為負(fù)值,這給數(shù)據(jù)處理帶來(lái)不便。
為保證其數(shù)據(jù)均為正值,將零點(diǎn)登記時(shí)坐標(biāo)賦值設(shè)為5000,即5000×脈沖當(dāng)量=5000×0.02356=118mm。本機(jī)床水圈開(kāi)關(guān)到上極限開(kāi)關(guān)的距離小于100mm,即使主軸上升到上極限位置停止,其計(jì)數(shù)結(jié)果也不會(huì)出現(xiàn)負(fù)值。
例如水圈開(kāi)關(guān)零點(diǎn)登記賦值5000,上換向點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)6300,下?lián)Q向點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)18000,則上換向點(diǎn)距水圈開(kāi)關(guān)的距離為:(6300-5000)×0.02356=30.6mm下?lián)Q向點(diǎn)距水圈開(kāi)關(guān)的距離為:(18000-5000)×0.02356=306mm主軸的往復(fù)行程為:(18000-6300)×0.02356=275mm,改變其上、下?lián)Q向點(diǎn)的坐標(biāo)設(shè)置,即可調(diào)節(jié)主軸往復(fù)行程的大小和往復(fù)區(qū)域。
6.結(jié)束語(yǔ)
使用旋轉(zhuǎn)編碼器做珩磨機(jī)往復(fù)行程的控制,控制靈活,效率提高??梢钥朔矇K碰撞或滑塊碰撞控制珩磨機(jī)往復(fù)換向的諸多缺點(diǎn),使用起來(lái)極其方便,往復(fù)程行區(qū)域、上下?lián)Q向位置在規(guī)定的范圍內(nèi)可以任意設(shè)定,由于采用非接觸式、無(wú)撞塊控制,可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。
為此,使用旋轉(zhuǎn)編碼器做珩磨機(jī)的控制元件,可以為珩磨機(jī)的高速化發(fā)展奠定一定的基礎(chǔ)。
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