天水星火機床有限責任公司 張建森

1.前言

雖然數(shù)控型軋輥磨床以其高效率、高精度、高自動化的優(yōu)勢，已經(jīng)在冶金、造紙等行業(yè)得到了長足的發(fā)展，但由于其造價成本偏高，不可能短時期得到大范圍的使用。根據(jù)冶金、造紙等行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，普通軋輥磨床在我國冶金、造紙等行業(yè)中仍占有主導地位。

傳統(tǒng)的普通軋輥磨床大多數(shù)都采用純機械結(jié)構(gòu)，各種功能的操作也都是靠人工完成；對于小型的軋輥磨床，這樣的傳動結(jié)構(gòu)和操作方式，還能實現(xiàn)；而對于一些大、重型的軋輥磨床，這種純機械的傳動結(jié)構(gòu)和全人力的操作方式不但給軋輥磨床的加工、裝配帶來相當大的難度，而且使軋輥磨床的各種功能操作轉(zhuǎn)換也難以實現(xiàn)；于是，在普通軋輥磨床的設計研發(fā)過程中，人們就提出了這樣的一個問題，能不能設法給普通軋輥磨中引入電子元器件，利于簡單的PLC控制來簡化普通軋輥磨床的機械傳動結(jié)構(gòu)和人工操作方式。

伺服電動機的引入是一個突破口。現(xiàn)階段，伺服電動機已發(fā)展到了一個特別成熟穩(wěn)定的時期；各種普通機床中已有采用PLC控制交流伺服電動機，利用伺服電動機的轉(zhuǎn)速扭矩特性，簡化原機械傳動結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)用PLC控制電子控制代替原手工搬手把操作的先例，從而使得機床的機械傳動設計簡單、生產(chǎn)加工裝配難度下降、控制操作也省時省力，同時也降低了操作者的勞動強度，提高了工作效率。

下面以我公司產(chǎn)品M84125普通軋輥磨床進給傳動系統(tǒng)中，利用西門子S7-300型PLC[1]、611U伺服控制、OP177B可編程顯示終端、電子手輪為例，簡述該技術(shù)在普通軋輥磨床的應用過程，及其所取得的效果。

2.M84125普通軋輥磨床進給系統(tǒng)的特點和要求

普通軋輥磨床是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的一種重要生產(chǎn)設備，主要用于冶金、造紙等行業(yè)，磨削軋機上的工作輥和支承輥的輥面和輥徑，要求砂輪縱橫向移動傳動平穩(wěn)，不能有爬行現(xiàn)象，其運動特征是砂輪縱向在磨削行程范圍內(nèi)作往復的周期直線運動，在換向時橫向進行手動進刀，同時，由于砂輪在磨削過程中有脫?，F(xiàn)象，要求在磨削過程中根據(jù)砂輪的脫粒情況，實時手動進刀。由于軋輥磨床的工件床身與主床身（砂輪移動用）采用分離結(jié)構(gòu)，這樣，就位伺服電動機的引入創(chuàng)造了必要的前提條件。

3.傳統(tǒng)的普通軋輥磨床機械手輪進給傳動鏈

如圖1所示，傳統(tǒng)的普通軋輥磨床機械進刀機構(gòu)由機械手輪經(jīng)3級齒輪副和蝸輪蝸桿傳動，最后傳到絲杠、絲母上帶動砂輪橫向進刀，從圖1的傳動原理不難發(fā)現(xiàn)該進給機構(gòu)存在的問題及局限性：

（1）傳動路線較長，操作費時費力，工作效率底下；

（2）傳動間隙大，進刀不準確，易出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象；

（3）當機床的直徑規(guī)格加大時，進給箱體的規(guī)格也要作大，此結(jié)構(gòu)的操作難度也隨著加大，僅靠人力恐怕難以完成；

（4）加工制作箱體的難度相對較大、裝配過于復雜，生產(chǎn)周期較長。

4.PLC控制伺服電動機驅(qū)動的進給傳動鏈

如圖2所示，由伺服電動機驅(qū)動的進給機構(gòu)已相當簡化，傳動精度也提高了，傳動結(jié)構(gòu)也不受機床規(guī)格的限制；同時生產(chǎn)裝配難度也降低。

5.采用伺服電動機的普通軋輥磨床硬件構(gòu)成及主要部件的作用

圖1 傳統(tǒng)的軋輥磨床進給傳動原理圖

圖2 伺服電動機驅(qū)動進給傳動原理圖

圖3 控制結(jié)構(gòu)圖

由圖1和圖2清楚的可以看到采用伺服電動機驅(qū)動普通軋輥磨床，簡化了機械結(jié)構(gòu)，我們采用了先進的PLC、伺服電機、伺服驅(qū)動器等電氣控制技術(shù)手段實現(xiàn)的，也就是用現(xiàn)代的電子技術(shù)取代原始的由機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的部分功能。我們采用西門子S7-300、OP177B界面[3]、611U伺服驅(qū)動、1FT6伺服電機來實現(xiàn)其磨削控制。其控制結(jié)構(gòu)圖如圖3。

各部分功能：

（1）S7-300：通過編寫控制程序，完成與OP177B[3]界面數(shù)據(jù)的交換、完成對611U伺服驅(qū)動的數(shù)據(jù)交換。

（2）OP177B界面：人機界面，完成磨削工藝參數(shù)的輸入及狀態(tài)顯示。如磨削的進刀量、磨削速度、行程長度、砂輪修整量、修整速度、修整次數(shù)、軸的狀態(tài)信息等，根據(jù)這些參數(shù)建立磨削、修整軸運動程序。

（3）611U伺服驅(qū)動：伺服控制器完成驅(qū)動、監(jiān)控伺服電機；我們還利用611U[4]的定位功能和可以帶電子手輪的功能，實現(xiàn)縱向的周期運動，取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)用行程開關(guān)控制換向的周期運動，提高了可靠性，降低了操作者的勞動強度，提高工作效率，由于在611U帶上電子手輪，取代了傳統(tǒng)的軋輥磨床的機械手輪。

（4）1FT6伺服電機：用611U伺服驅(qū)動器驅(qū)動，完成橫向進刀軸、縱向拖板軸的速度、位置的控制。

（5）采用ProfiBus總線，完成各部件間的數(shù)據(jù)交換。

6.采用PLC控制的普通軋輥磨床優(yōu)點

（1）機械結(jié)構(gòu)簡單化，如取消機械手輪傳動機構(gòu)；

（2）操作簡單、可靠、靈活、穩(wěn)定，如在OP177B上參數(shù)輸入、采用軟鍵替代原操作按鍵；

（3）滿足多種工藝磨削的要求，如恒電流磨削等；

（4）提高產(chǎn)品的加工精度及效率，如排除了原機械手輪傳動引起的各種間隙；

（5）維護方便、快捷，如故障信息可直接在OP177B上顯示到故障源上；

（6）滿足市場對高的性能價格比的需求；

（7）遇到緊急情況，按急停按鈕，可使砂輪快速離開工件表面，在可編程終端顯示器OP上顯示各種故障信息。

7.結(jié)語

本文介紹的普通軋輥磨床的控制，在我公司機床上推廣使用，其操作控制性能穩(wěn)定可靠，簡化機械結(jié)構(gòu)，提升了機床技術(shù)含量，使得操作更加宜人化，降低了操作者的勞動強度，提高了工作效率，屬于新技術(shù)的引用和推廣，經(jīng)國內(nèi)外數(shù)家用戶使用，反映使用效果良好。

[1]張建生,趙燕偉,郭建江,等.數(shù)控系統(tǒng)應用及開發(fā)[M].北京:科學出版社,2006.

[2]SINUMERIK Step7軟件用戶手冊.

[3]SINUMERIK Wincc flexible2008軟件用戶手冊.

[4]SINUMERIK 611U功能描述.