双轴珩磨机控制系统应用探析

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摘要：以富士双轴珩磨机控制系统为例，研究阐述三菱Q系列PLC、GOT触摸屏，发那科35I-MB数控系统，东京精密测量系统和上位机的组成，网络通讯配置，交互信号和缸孔珩磨工作原理等方面，提高珩磨机控制系统技能掌握水平和系统设计能力，缩短设备故障处理时间保障生产。

关键词：三菱Q系列PLC、GOT；发那科35I-MB数控系统；PMC轴；CC-Link总线网络；TCP/IP以太网通讯；通讯配置

0引言

珩磨机是汽车制造业发动机生产线上用于缸孔珩磨的设备。珩磨机国外厂家有德国格林和纳格尔，日本富士和善能，国内有北京第一机床集团第三机床厂和宁夏大河机床集团。上汽通用五菱汽车股份有限公司重庆分公司引进了格林、纳格尔和富士三种珩磨机，前两者属于单轴珩磨，只有富士珩磨机引进双轴珩磨机，兼容5种三四缸机型，生产效率高，控制复杂。本文重点把富士双轴珩磨机作为典型，分析其控制系统组成部分，通讯设计和工作原理。对于提高双轴珩磨机的技能水平，缩短故障处理时间，同时提高设备改造能力和新项目设计能力等等方面都有很大必要性。

1硬件组成富士双轴珩磨机控制系统

主要由三菱Q系列PLC硬件组态相关产品，发那科35I-MB数控系统和东京精密测量仪，上位机等组成。

1.1三菱Q系列

PLC硬件组态CPU型号Q13UDEH，内置1个以太网接口，1张Flash存储卡。配置两个CC-Link总线主站模块QJ61BT11N，一个以太网模块QJ71E71。输入模块配置11个32位QX81，1个16位QX80；输出模块配置14个32位QY81P，4个16位QY80。主底板Q312B，两个扩展底板Q612B，每个底板都配有Q63P的电源模块为底板和其他模块供电。3个操作面板GT1685M-STBD，属于GOT1000系列。

1.2数控系统硬件组成

如表1所示，各工位装置单独配备35I-MB分离型数控系统，共9个NCU控制器，每个NCU控制器控制不超过3个PMC轴。涨刀轴功率小，选用Fanuc的βi伺服放大器和伺服电机，其他PMC轴采用αi伺服放大器和伺服电机。伺服电机均有绝对式编码器作为全闭环系统位置反馈，位置控制更为精确。

2网络通讯

2.1CC-Link现场总线通讯

三菱PLC硬件组态中使用到两个CC-Link主站模块构成两个CC-Link现场总线网络，如图1所示。①主站模块1连接NCU的CC-Link插槽上，各控制器作为远程设备站通过CC-Link现场总线相连。每个控制器占4个站，共占36个子站。远程设备站控制器在PLC和数控系统中地址对应情况如下：远程设备站寄存器读取RWr和写入RWw分别映射对应PLC中的首地址D14000和D14500，如图2所示。也映射对应数控系统中CC-Link远程设备设定读取RWr首地址R5400和写入RWw首地址R5300。远程设备站输入RX和远程输出RY分别映射对应PLC中首地址X1000和Y1000。也映射对应数控系统中CC-Link远程设备设定输出RY首地址R5100和输出RX首地址R5200。②主站模块2连接64个子站，由于CC-Link通信距离长和分支多，通过中继器ReapterHub与各现场输入输出等子站模块相连。在PLC编程软件GX-Works2中，设置的远程输入RX和远程输出RY分别为X600和Y600，总站数设置64。如图1所示，由于CC-Link采用的是CC-Link专用通讯线缆，总线最后一个子站和CC-Link主站模块的两端要各连接一个110欧的终端电阻以形成闭环。

2.2TCP/IP以太网通讯

以太网通讯网络应用两处，一是Fanuc数控系统内部，二是三菱PLC应用。①数控系统每3个控制器通过1个Hub集线器相连，再通过网线连接1个操作面板。通过旋钮切换选择NCU控制器。以第2个面板为例，旋钮触发输入信号，在PLC中经过逻辑运算赋值D14500，通过CC-Link总线，映射写入数控系统PMC的R5300中。再通过CSD系统软件切换显示3个NCU数控系统界面，以便对相应控制器操作。②在三菱PLC以太网通讯中，以太网模块通过1个Hub连接3个GOT操作面板，Hub连接到工厂网络层，可远程连接三菱PLC以监控现场机床设备状态。PLC的CPU内置以太网口，通过1个Hub连接两台上位机电脑。

2.3交互信号

由于珩磨程序是厂家核心技术，厂家用Fanuc宏执行器编辑珩磨源程序完成后再封装写入FROM导致无法查看程序。研究Fanuc数控系统与三菱PLC的交互信号有助于理解珩磨程序和整机运行原理。Fanuc数控系统与三菱PLC信号交互主要采取两种形式。一种是Fanuc系统中I/OLink数字输入输出单元24VDC普通线缆连接对应三菱PLC的数字输出输入模块，例如三菱PLC发送数控系统JOG模式、程序号、手动移动孔位置号和转发东京精密测量仪气检SZ信号等等数字信号，而数控系统发送三菱PLC自动运行、轴移动中、加工步骤切换等信号。另一种是通过CC-Link通讯。PLC输入信号包括缸孔的位置，缸孔的位置/速度显示，NC选择程序号和报警号等等。PLC输出信号包括工位3、4、8轴通信数据，GOT上工位1缸孔预检位置、工位6缸孔各检测及校零位置、工位9曲轴孔检测位置和输送带各位置速度参数等等。

3缸孔珩磨控制系统应用原理

1个珩磨程序里，粗珩工位有3个步序step1-3，而在半精、精珩工位，有5个步序step1-5，半精对应步序step1-3，精珩对应step4-5。步序正常结束信号主要两种，一种往复运动行程次数达到设定值，一种气电转换器检测缸孔加工余量达到设定值。自动运行工件到位落座好后，PLC控制油缸夹紧工件，据工件类型输出信号发送3位二进制缸孔位置号、6位二进制珩磨程序号和自动启动等信号给NC控制器，NC控制器调用相应珩磨程序。如图3所示，珩磨程序调用后，NC指令Z轴移动到缸孔内部，再控制机械涨刀C轴涨刀到贴靠值。NC控制器输出0-10V电压信号控制变频器珩磨主轴转速。珩磨主轴在缸孔内部切削上下限往复珩磨缸孔，在切削下限时，C轴定量机械涨刀。气电传感器把检测到的珩磨轴与缸壁的气压转换为模拟电信号，反馈东京精密测量仪。当该模拟信号到达测量仪设定值（根据缸孔加工余量设定）时输出信号SZ1-4，通过PLC转发给NC，该歩序结束。如未使用SZ信号，当珩磨轴上下往复行程次数CNT达到时，该步序结束。当到达步序4和5精珩时，机械涨刀回零点，输出0-10V模拟量电压信号控制液压比例阀控制器，从而控制输出液压压力。珩磨主轴在液压涨刀下珩磨缸孔，在主轴回转速度和往复速度同时作用下，珩磨出缸孔网纹角。步序的结束标志，粗珩和半精珩为SZ信号，精珩为CNT行程次数。粗珩步序3或者精珩步序5结束，机械涨刀和液压涨刀均收刀，往复Z轴上升到参考位置，代表整个珩磨程序结束。当#1和#3号孔珩磨完，松开夹具，NC控制器PMC轴指令横移X轴伺服电机，把左右双轴机械结构移动分别对应#2号孔和#4号孔，再调用珩磨程序重复跟#1和#3号孔相同加工内容。注：珩磨到达切削上下限时，PMC中的F10-F13译码M60和M61，再通过Y3.7输出给PLC往复轴换向切换信号，作为报警防错用。左右轴横移均通过PMC轴命令实现。

4结束语

富士双轴珩磨机应用技术复杂且有封装，部分程序设置了密码，结合作者丰富的设备维护改造经验，对富士双轴珩磨机控制系统进行了比较全面的研究分析，这对机床操作者、维护人员和设计人员都有一定参考意义。

参考文献：

[1]朱朋.内孔珩磨机数字控制系统的研究[D].杭州电子科技大学.

[2]刘烈炎.GEHRING珩磨机的功能及运用技巧[J].组合机床与自动化加工技术，2001（3）.

[3]毕海军.FANUC宏编译器的应用[J].精密制造与自动化，2008（4）.

作者:于海峰 李虎 董志恒 单位:上汽通用五菱汽车股份有限公司重庆分公司