D51KY-160E立式数控辗环机控制系统设计

2014-07-21乔俊杰任德志

轴承 2014年11期

乔俊杰，任德志

(河南科技大学，河南洛阳 471003)

国产D51系列立式辗环机一直采用人工操作的方式加工轴承套圈[1]，该设备对操作工人的经验要求非常高，且劳动环境差、强度较大。由于产品尺寸不稳定，需要通过外加整形机进行尺寸矫正。

为保证小型立式辗环机的加工精度，提高产品加工效率，在D51Y-160E型液压手动辗环机的基础上研制出D51KY-160E型立式数控辗环机，其结合轴承套圈热辗扩工艺的实际情况，采用PLC控制液压伺服比例阀的方式推动主滑块进给，采用光栅尺主动测量辗扩过程中轴承套圈尺寸变化，全自动化生产，不需要人工干预，保证了工件的辗扩精度和零件尺寸稳定。下文主要对该设备的控制系统进行介绍。

1 硬件构成

D51YK-160E数控辗环机结构如图1所示，控制系统硬件组成如图2所示。

1—伺服油缸；2—滑块；3—滑块光栅尺；4—辗压轮；5—芯轴；6—推力轮；7—套圈；8—信号轮；9—测量光栅尺

图2 控制系统硬件系统框图

控制系统主要由PLC、触摸屏、伺服比例阀放大器、光栅尺、高速计数模块、数模转换模块等组成。PLC作为整个控制系统的运算处理中心，按照触摸屏设定的工艺参数负责对整个加工过程进行监控，通过数模转换模块完成对电液比例阀的实时控制，实现对液压缸行程位置的控制，并通过编码器接口控制获得运动位置反馈信息。利用光栅尺主动测量辗扩过程中套圈尺寸实时变化状况，当尺寸达到产品预设值时，开始整圆。

PLC采用三菱公司FX3U-80MT小型高速逻辑可编程控制器，具有高速的运算速度和丰富的运算指令，还具有模拟控制、运动控制、高速计数等专用模块[2]。触摸屏采用台湾威纶公司的MT8010IE型10 in触摸屏，为65K真彩显示屏，支持配方存储，使用简单，性价比高。比例伺服阀采用意大利阿托斯DLHZO-TE-040-T型非线性比例伺服阀，具有高精度、高响应、带阀芯位置闭环反馈等优点[3]，能根据输入指令模拟电压的变化快速调整伺服比例阀的流量，进而快速调整辗压轮的进给速度。

2 I/O分配

D51KY-160E型数控辗环机I/O口主要有数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出和高速计数5种。

按钮输入信号、检测输入信号、电磁阀输出信号分配分别见表1～表3。

表1 按钮输入信号分配表

表2 检测输入信号分配表

表3 电磁阀输出信号分配表

模拟量输入模块(FX3U-4AD)输入点为V+，VI-，分别为伺服油缸液压压力+和伺服油缸液压压力-。模拟量输出模块(FX3U-4DA)输入点为V+，VI-，分别为伺服比例阀控制信号+和伺服比例阀控制信号-。

高速计数模块FX3U-1HC-ADP(信号轮光栅尺)分配见表4。

表4 高速计数输入信号分配表

比例伺服阀和光栅尺测量信号电气原理分别如图3和图4所示。

图3 比例伺服阀控制电气原理图

图4 光栅尺测量信号电气原理图

3 控制程序编写

3.1 PLC调用子程序及抑制零漂程序

比例伺服阀PLC输出模拟量控制信号采用调用子程序的命令，根据配方参数在自动加工过程中输出不同的模拟信号控制比例伺服阀，进而不断改变油缸进给速度。由于比例伺服阀受到油温的影响会产生零点漂移，在控制程序中采用中断的方式用锁零程序来抑制零漂，防止在给定“零”信号的时候，滑块由于比例伺服阀的零漂引起误动作。锁零程序如图5所示。