基于三菱F1-60MR控制器的球面軸承外滾道超精機(jī)設(shè)計(jì)

1 引言

以往深溝球面內(nèi)外套精磨床是采用繼電器進(jìn)行控制的，控制部分體積龐大，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，且可靠性不高，經(jīng)常出現(xiàn)故障，磨床磨削工件的功能單一，有的磨床只能進(jìn)粗磨，有的磨床只能進(jìn)行精磨。完成一個(gè)成品工件加工，先在粗磨磨床進(jìn)行粗磨，然后再將其送到精磨磨機(jī)進(jìn)行精磨?；谶@種情況，我們采用可編程序控制器對(duì)其控制電路進(jìn)行了技術(shù)改造，將兩臺(tái)磨床的功能集中到一臺(tái)磨床上實(shí)現(xiàn)，即粗磨、精磨一次完成。這樣不僅可以減小控制部分體積、增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，而且提高了系統(tǒng)的利用率，降低了成本，在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果，對(duì)于工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)相關(guān)機(jī)床的改造具有較高的應(yīng)用與參考價(jià)值。

2 PLC的基本概念

早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程序控制器簡(jiǎn)稱PLC，plc自1966年美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國(guó)，日本，德國(guó)的可編程序控制器質(zhì)量?jī)?yōu)良，功能強(qiáng)大。

3 PLC的工作原理

當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。

1 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

2 用戶程序執(zhí)行階段

在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。

在程序執(zhí)行的過(guò)程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過(guò)程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過(guò)程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。

3 輸出刷新階段

當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

根據(jù)工件加工工藝的要求，控制系統(tǒng)設(shè)定了手動(dòng)、自動(dòng)、粗磨精磨定時(shí)等方案。

1. 手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋至手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)不起作用，系統(tǒng)通過(guò)操作面板上不同的手動(dòng)控制按鈕來(lái)完成各道工序;類似的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋至自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，按下啟動(dòng)信號(hào)，PLC則按預(yù)先設(shè)計(jì)的符合工藝要求的程序運(yùn)行。

2. 粗磨階段：油石的壓力較大，主軸低速運(yùn)轉(zhuǎn);精磨階段：油石的壓力較小，主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

3. 選用8421BCD碼數(shù)據(jù)撥盤對(duì)粗磨精磨定時(shí)進(jìn)行控制，工件加工時(shí)間可根據(jù)工藝要求選擇不同的磨削時(shí)間，這樣無(wú)需再設(shè)計(jì)數(shù)碼輸入顯示電路，有效地節(jié)省了PLC的輸入點(diǎn)，簡(jiǎn)化了硬件電路。

3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)采用日本三菱公司生產(chǎn)的F1-60MR可編程序控制器，其硬件框圖如圖1 。

由硬件框圖可知，系統(tǒng)可完成如下功能：

（1） 主軸低高速自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

（2） 工件架自動(dòng)進(jìn)退。

（3） 油石高低頻振蕩自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

（4） 粗磨、精磨任意選時(shí)。

（5） 工件充退磁。

4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件結(jié)構(gòu)根據(jù)控制要求而設(shè)計(jì)，主要?jiǎng)澐譃樗拇竽K：即手動(dòng)模塊，粗磨單循環(huán)模塊，精磨單循環(huán)模塊，循環(huán)啟動(dòng)（先粗磨后精磨）模塊，由于整個(gè)軟件結(jié)構(gòu)的路程圖較多，這里僅給出主程序流程圖見(jiàn)圖2和循環(huán)啟動(dòng)流程圖見(jiàn)圖3 （手動(dòng)、粗磨單循、精磨單循流程圖從略）。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)球面軸承外滾道超精機(jī)進(jìn)行PLC控制技術(shù)改造，使得控制電路體積大大減小，消除了由中間繼電器和時(shí)間繼電器觸點(diǎn)接觸不良引起的系統(tǒng)故障。提高了生產(chǎn)效率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。