PLC控制在普通轧辊磨床进给传动中的应用

2012-04-27天水星火机床有限责任公司张建森

电子世界 2012年3期

天水星火机床有限责任公司张建森

1.前言

虽然数控型轧辊磨床以其高效率、高精度、高自动化的优势，已经在冶金、造纸等行业得到了长足的发展，但由于其造价成本偏高，不可能短时期得到大范围的使用。根据冶金、造纸等行业的发展现状，普通轧辊磨床在我国冶金、造纸等行业中仍占有主导地位。

传统的普通轧辊磨床大多数都采用纯机械结构，各种功能的操作也都是靠人工完成；对于小型的轧辊磨床，这样的传动结构和操作方式，还能实现；而对于一些大、重型的轧辊磨床，这种纯机械的传动结构和全人力的操作方式不但给轧辊磨床的加工、装配带来相当大的难度，而且使轧辊磨床的各种功能操作转换也难以实现；于是，在普通轧辊磨床的设计研发过程中，人们就提出了这样的一个问题，能不能设法给普通轧辊磨中引入电子元器件，利于简单的PLC控制来简化普通轧辊磨床的机械传动结构和人工操作方式。

伺服电动机的引入是一个突破口。现阶段，伺服电动机已发展到了一个特别成熟稳定的时期；各种普通机床中已有采用PLC控制交流伺服电动机，利用伺服电动机的转速扭矩特性，简化原机械传动结构，实现用PLC控制电子控制代替原手工搬手把操作的先例，从而使得机床的机械传动设计简单、生产加工装配难度下降、控制操作也省时省力，同时也降低了操作者的劳动强度，提高了工作效率。

下面以我公司产品M84125普通轧辊磨床进给传动系统中，利用西门子S7-300型PLC[1]、611U伺服控制、OP177B可编程显示终端、电子手轮为例，简述该技术在普通轧辊磨床的应用过程，及其所取得的效果。

2.M84125普通轧辊磨床进给系统的特点和要求

普通轧辊磨床是现代工业生产中不可缺少的一种重要生产设备，主要用于冶金、造纸等行业，磨削轧机上的工作辊和支承辊的辊面和辊径，要求砂轮纵横向移动传动平稳，不能有爬行现象，其运动特征是砂轮纵向在磨削行程范围内作往复的周期直线运动，在换向时横向进行手动进刀，同时，由于砂轮在磨削过程中有脱粒现象，要求在磨削过程中根据砂轮的脱粒情况，实时手动进刀。由于轧辊磨床的工件床身与主床身（砂轮移动用）采用分离结构，这样，就位伺服电动机的引入创造了必要的前提条件。

3.传统的普通轧辊磨床机械手轮进给传动链

如图1所示，传统的普通轧辊磨床机械进刀机构由机械手轮经3级齿轮副和蜗轮蜗杆传动，最后传到丝杠、丝母上带动砂轮横向进刀，从图1的传动原理不难发现该进给机构存在的问题及局限性：

（1）传动路线较长，操作费时费力，工作效率底下；

（2）传动间隙大，进刀不准确，易出现扎刀现象；

（3）当机床的直径规格加大时，进给箱体的规格也要作大，此结构的操作难度也随着加大，仅靠人力恐怕难以完成；

（4）加工制作箱体的难度相对较大、装配过于复杂，生产周期较长。

4.PLC控制伺服电动机驱动的进给传动链

如图2所示，由伺服电动机驱动的进给机构已相当简化，传动精度也提高了，传动结构也不受机床规格的限制；同时生产装配难度也降低。

5.采用伺服电动机的普通轧辊磨床硬件构成及主要部件的作用

图1 传统的轧辊磨床进给传动原理图

图2 伺服电动机驱动进给传动原理图

图3 控制结构图

由图1和图2清楚的可以看到采用伺服电动机驱动普通轧辊磨床，简化了机械结构，我们采用了先进的PLC、伺服电机、伺服驱动器等电气控制技术手段实现的，也就是用现代的电子技术取代原始的由机械结构实现的部分功能。我们采用西门子S7-300、OP177B界面[3]、611U伺服驱动、1FT6伺服电机来实现其磨削控制。其控制结构图如图3。

各部分功能：

（1）S7-300：通过编写控制程序，完成与OP177B[3]界面数据的交换、完成对611U伺服驱动的数据交换。

（2）OP177B界面：人机界面，完成磨削工艺参数的输入及状态显示。如磨削的进刀量、磨削速度、行程长度、砂轮修整量、修整速度、修整次数、轴的状态信息等，根据这些参数建立磨削、修整轴运动程序。

（3）611U伺服驱动：伺服控制器完成驱动、监控伺服电机；我们还利用611U[4]的定位功能和可以带电子手轮的功能，实现纵向的周期运动，取代传统结构用行程开关控制换向的周期运动，提高了可靠性，降低了操作者的劳动强度，提高工作效率，由于在611U带上电子手轮，取代了传统的轧辊磨床的机械手轮。

（4）1FT6伺服电机：用611U伺服驱动器驱动，完成横向进刀轴、纵向拖板轴的速度、位置的控制。

（5）采用ProfiBus总线，完成各部件间的数据交换。