圆盘式抛光机的自动控制设计

2015-12-31徐驰宇王建生

机械工程与自动化 2015年1期

徐驰宇，王建生

（五邑大学机电工程学院，广东江门 529020）

0 引言

由于存在不规则的表面，卫浴产品如门把手、水龙头底座等抛光十分困难，许多工厂靠手工抛光，效率低、不安全。目前在自动抛光的研究中绝大多数都集中在机械手抛光上，由于其技术难度大、价格昂贵，故应用到实际生产中的不多。本文针对卫浴产品设计了一款抛光机，在控制成本的同时，能达到自动抛光曲面的目的。

1 抛光机的组成

该抛光机由1个圆盘、6个抛光立柱、电气控制柜和研磨剂供给系统组成。由于圆盘质量大，转动惯性大，因此圆盘由电机通过减速机带动，起到降低转速、增加转矩的目的。圆盘上均匀分布有8个工位，即每45°有一个工位。圆盘周围分布有6个抛光立柱，抛光立柱对应于圆盘的其中6个工位，其余的2个工位用于更换工件。每个抛光立柱上装有2个分别控制前后和上下的伺服电机，用来实现抛光布轮的上下和前后移动，抛光布轮的转动由另外的一个电机带动。抛光布轮的角度可以针对不同的工件手动调整。根据抛光机理，工件在被抛光时布轮与工件之间应紧密接触，即布轮需要对抛光工件的表面施加一定的压力，每个布轮的下压由气动阀控制。抛光轮由半圆形金属罩包围，金属罩上装有喷枪，在抛光过程中对布轮喷射研磨液。抛光机实物图如图1所示。

研磨剂的作用是润滑工件表面和减少表面细纹。压力装置施压力至研磨剂储存筒，当加压到一定的压力时才能送出一定量的研磨剂，然后研磨剂经由软管再通过自动喷枪喷出，每次喷出量视喷枪上的喷嘴度数而定，喷出次数通过PLC控制，控制的设定在电控箱面板显示器上操作。

2 抛光机的工作过程

开机启动，圆盘按照设定的频率和速度按顺时针方向（俯视）转动，工件由电机通过皮带带动与圆盘一起做周向运动。抛光布轮开始高速转动，在PLC的控制下气动阀开始下压、抛光工件。喷枪按照设定的周期，定时喷射研磨液。6个抛光头围绕圆盘按3个一组分别完成工件的粗抛和精抛工作，且每组中的抛光布轮针对工件的不同部位进行抛光作业。工件经过6个工位之后完成抛光，并借助感应装置停到恰当的位置，更换工件进入下一个循环，从而达到自动抛光的目的。

图1 抛光机实物图

3 抛光机控制系统的设计

控制系统由硬件控制和软件程序控制两部分组成，实现对研磨液喷射次数；伺服电机启停、正反转和转动速度；气动阀门的启停；真空泵等的控制。控制原理如图2所示。限位开关、按钮开关、选择开关都作为PLC的输入信号，限位开关限定导轨上的最大运行距离；按钮开关包括下压按钮、研磨机喷射按钮和抛光机的启动按钮；选择开关实现自动运行和手动运行模式的切换。PLC的输出信号有电机正反转、电机转速、抛光布轮下压和自动喷枪等信号。软件部分采用可视化编程实现，用户界面包括各种控件的制作以及PLC梯形图的编写。

3.1 控制系统的硬件设计

控制系统的硬件部分包括电气控制柜和伺服电机。电气控制柜内安装有三相断路器、电源稳压器、开关电源、变频器、中间继电器、交流接触器、伺服驱动器和PLC等。电气控制柜的面板见图3。面板上包括人机界面、按钮开关、选择开关等。

图2 抛光机控制系统控制原理图

图3 电气控制柜的面板

由于伺服电机的位移量与输入脉冲个数成正比，电机的转速与脉冲频率成正比，因此由PLC对电机的脉冲个数和脉冲频率进行精确控制。伺服电机的控制主要采用闭环控制，可实现正点、反点、原点回归和自动调节等动作，通常在使用时应搭配伺服驱动器进行控制，在使用伺服驱动器时，往往需要较高频率的脉冲，所以PLC要产生高频率脉冲。

3.2 控制系统的软件设计

控制系统软件包括触摸屏的界面设计和PLC梯形图的编程。界面设计是利用基于Windows平台的MCGS（监视与控制通用系统）组态软件来实现的。利用MCGS设计的部分控制参数界面如图4所示。根据控制要求编写的PLC控制系统梯形图（部分程序）见图5。其中M806为控制伺服急停，M801为控制伺服电机原点回归，M802为控制伺服正点，M803为控制伺服反点，M804为自动调节，M805为压力校正即编码器的补偿输入。在电机运行前需要首先进行原点回归，以确保系统的准确性和稳定性，当M50和M53同时接通时，伺服电机以2kHz的速度从Y0输出脉冲，开始做原点回归动作，当碰到近点信号M30＝ON时，变成寸动速度1kHz，从Y0输出脉冲直到M30＝OFF后停止。操作时，只需在触摸屏上设定参数，伺服电机会根据程序中的运算公式转化成为脉冲信号输出到驱动器，驱动器再给伺服电机发送信号驱动电机运转。在伺服电机运行过程中为确保电机能达到需要的精度，采用增量式编码器与伺服电机形成闭环控制，将计算得到的角度与编码器实际测量角度进行比较，根据比较结果调整伺服电机的脉冲输出，从而实现高精度定位。