摘 要： 介紹自動(dòng)研磨機(jī)的工作原理和控制方案。通過檢測V系列矢量型變頻器的電流大小來判斷負(fù)載的變化情況，由此自動(dòng)記憶研磨的凸點(diǎn)位置，并且控制伺服在以凸點(diǎn)為中心的一個(gè)小范圍內(nèi)不斷研磨，到達(dá)研磨設(shè)定的次數(shù)后繼續(xù)向前自動(dòng)尋找下一個(gè)凸點(diǎn)。直到將整個(gè)工件的凸點(diǎn)全部研磨光滑為止，如果在整個(gè)研磨的過程中沒有找到任何凸點(diǎn)，那么研磨的行程就是整個(gè)工件的長度。
關(guān)鍵字：臺達(dá)機(jī)電 研磨機(jī) V系列變頻器 臺達(dá)伺服、臺達(dá)人機(jī)

1 引言

研磨機(jī)是用于研磨工件平面或圓柱形內(nèi)，外表面的磨床。磨床系指用磨具或磨料加工工件各種表面的機(jī)床，一般用于對零件淬硬表面做磨削加工。通常，磨具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，工件或磨具的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

本文討論的自動(dòng)研磨機(jī)屬于內(nèi)表面精加工專用磨床，主要是用來加工各種管件的內(nèi)壁，通過不斷的研磨，使得工件內(nèi)壁光滑均勻。研磨加工工藝過程如圖1所示。

圖1 研磨加工工藝過程
2 自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于臺達(dá)系列機(jī)電自動(dòng)化平臺。研磨機(jī)的主要用途是用來加工管材的內(nèi)壁，通過磨頭在管壁內(nèi)不停的旋轉(zhuǎn)打磨，將不平滑的管壁打磨光滑。磨頭的旋轉(zhuǎn)是通過普通三相異步電機(jī)加VFD-055V43A控制、磨臺的左右移動(dòng)是靠一臺3KW的伺服電機(jī)來拖動(dòng)。之所以要選用V系列變頻器，是因?yàn)榭刂乒に嚨囊蟆?

2.1 凸點(diǎn)記憶研磨原理

為了提高研磨的效率，要求在整個(gè)的研磨的過程中，需要系統(tǒng)自動(dòng)判斷管材內(nèi)壁凸點(diǎn)的位置，如果找到凸點(diǎn)，則立刻記憶凸點(diǎn)的位置并根據(jù)在人機(jī)上設(shè)定的研磨的幅度和研磨的次數(shù)，以當(dāng)前記憶的凸點(diǎn)為中心、以研磨幅度為半徑反復(fù)研磨，直到凸點(diǎn)被完全磨平為止。如何判斷凸點(diǎn)的位置，則成了控制的關(guān)鍵所在。可以想象一旦在研磨的過程中遇到凸點(diǎn)，勢必負(fù)載會(huì)加重，那么電機(jī)的運(yùn)行電流會(huì)偏大，正是依靠判斷電機(jī)運(yùn)行電流的大小來判斷凸點(diǎn)的位置。而V系列變頻器控制的精度高、機(jī)內(nèi)電流互感器的精度也比較高，因此能夠分辨負(fù)載有較小的變化時(shí)電流的波動(dòng)，因此選用V系列變頻器，具體的實(shí)現(xiàn)如下：用DVP-32EH00M通過RS485通訊的方式實(shí)時(shí)讀取VFD-055V43A的運(yùn)行電流，一旦當(dāng)前電流超過正常運(yùn)行電流一定的幅值時(shí)，則說明此時(shí)已經(jīng)找到凸點(diǎn)。

2.2 伺服控制原理

伺服用PT模式，由PLC發(fā)脈沖+方向控制伺服。同時(shí)將伺服的分頻輸出接進(jìn)PLC，PLC進(jìn)行高速計(jì)數(shù)，用來記憶伺服當(dāng)前的位置，在研磨前，伺服首先完成回零的動(dòng)作，回零完畢高速計(jì)數(shù)清零。回零的觸發(fā)通過人機(jī)上的回零按鈕操作。回零完畢后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入等待回到初始位置的狀態(tài)，所謂的初始位置就是工件的入口位置，需要移動(dòng)的行程就是從零點(diǎn)位置到工件的入口位置之間的長度。通過操作人機(jī)上的前進(jìn)按鈕控制伺服到達(dá)初始位置。到達(dá)初始位置后，高速計(jì)數(shù)值自動(dòng)記憶下來當(dāng)前的脈沖數(shù)，然后啟動(dòng)研磨。一旦發(fā)現(xiàn)運(yùn)行電流超過正常運(yùn)行的電流一定幅值后，立即將當(dāng)前的高速計(jì)數(shù)值記憶下來，同時(shí)以當(dāng)前的位置為中心，將幅值換算成相應(yīng)的脈沖數(shù)，然后將凸點(diǎn)位置的脈沖加上幅值轉(zhuǎn)換過的脈沖當(dāng)量，再將凸點(diǎn)位置的脈沖減去幅值轉(zhuǎn)換過的脈沖當(dāng)量，所得的兩個(gè)結(jié)果就是以凸點(diǎn)為中心前后運(yùn)行的位置點(diǎn)。當(dāng)經(jīng)過反復(fù)的幾次研磨后，讀上來的電流恢復(fù)到正常的電流并且研磨的次數(shù)到達(dá)后，伺服將繼續(xù)原來的方向?qū)ふ彝裹c(diǎn)。如果再次找到凸點(diǎn)則重復(fù)前面所述的動(dòng)作，直到在整個(gè)工件的長度內(nèi)找不到凸點(diǎn)為止，說明管件的研磨已經(jīng)完成。伺服自動(dòng)回到零點(diǎn)位置，停止工作。磨頭上通過油壓裝置控制磨頭的膨脹程度，該操作是因?yàn)楣懿牟煌鼙趦?nèi)徑尺寸也不同。通過光柵尺檢測膨脹的程度，一旦到達(dá)設(shè)定的位置則斷開油路，保證磨頭緊貼管材內(nèi)壁。

2.3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）硬件配置：

（2）控制框圖：

（3）設(shè)備圖片：

2.4 電氣原理設(shè)計(jì)

電氣原理如圖2所示。

圖2 電氣原理圖
接線說明：

CN1端子排：Pin11、Pin17、Pin35短接；Pin45、Pin47、Pin49短接引出一根線。公共端接PLC的C0、C1；Pin36、Pin37、Pin41、Pin43分別引出一根線；Pin37接Y1+、Pin36接Y1-；Pin41接Y0+、Pin43接Y0-；Pin21、Pin22、Pin23、Pin25分別引出一根線，接PLC：X0+、X0-、X1+、X1-；SON：通過驅(qū)動(dòng)內(nèi)將2-10設(shè)成：1，伺服始終處于ON的狀態(tài)。

CN2端子排：編碼器

3 結(jié)束語

自動(dòng)研磨機(jī)在國內(nèi)僅有為數(shù)不多的生產(chǎn)廠家，因此該設(shè)備開發(fā)成功后，可以說在該設(shè)備上臺達(dá)的機(jī)電產(chǎn)品占得了先機(jī)。也正因?yàn)槌晒Φ拈_發(fā)，使得該設(shè)備在自動(dòng)化程度上大大縮小了與進(jìn)口設(shè)備的差距，同時(shí)又有價(jià)格的優(yōu)勢，能夠滿足客戶要求的效果。

中達(dá)電通主要為中國最具成長潛力的通信及自動(dòng)化市場提供設(shè)備和服務(wù)。其主要產(chǎn)品和服務(wù)包括視訊設(shè)備、動(dòng)力系統(tǒng)、寬帶數(shù)據(jù)和機(jī)電自動(dòng)化四個(gè)方面。中達(dá)電通的母公司為世界著名的電子制造跨國企業(yè)——臺達(dá)電子集團(tuán)，臺達(dá)集團(tuán)在江蘇吳江建有規(guī)模龐大的生產(chǎn)基地，是全球第一大電源管理系統(tǒng)供貨商和臺達(dá)變頻器、編碼器、人機(jī)界面、PLC、伺服、溫控器等機(jī)電產(chǎn)品的制造廠商。作為工控行業(yè)內(nèi)的知名廠商，尤其是在國內(nèi)唯一一家能將機(jī)電產(chǎn)品做的如此全面的制造廠家，我們通過應(yīng)用自己的產(chǎn)品能夠?yàn)楦餍懈鳂I(yè)的客戶提供全面的解決方案。 最佳的產(chǎn)品性價(jià)比、周到完善的全國乃至全球聯(lián)保服務(wù)能夠保證客戶利益。中達(dá)電通的服務(wù)體系遍布全國。