plc在二维磨削力控制砂带磨削机床中的应用.pdf
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1、务l 造 勺 化 P L C 在二维磨削力控制砂带磨削机床中的应用 AppI i can t i on o f PLC i n t w o- di m en si onal gr i ndi ng f or ce gr i pe of bel t gr i ndi ng m achi ne t ool 李成群 ,刘启站,李建功 L I Ch e n g q u n。L I U Qi z h a n L I J i a n g o n g ( 河北联合大学 ,唐山 0 6 3 0 0 9 ) 摘要:本文介绍了一种用于机器人砂带磨削系统的二维磨削力控制砂带磨削机床。阐述了系统的组成 及其工作原理。
2、根据系统控制要求,设计了以PL O为控制核心的气动、电气控制系统的硬件 回路及软件编程。为了提 高系统可靠性 ,采取了软硬件抗干扰措施 。 关键词:P L C;磨削力控制;电气控制系统 ;砂带磨削机床 ;机器人 中围分类号:T P2 7 3 文献标识码 :A 文章编号:1 0 0 9 0 1 3 4 ( 2 0 1 1 ) 2 ( 上) - 0 0 4 4 -0 4 Doi : 1 0 3 9 6 9 J i s s n 1 0 0 9 -0 1 3 4 2 0 1 1 2 (I - ) 1 6 0 引言 目前 ,国内外 复杂几何形状 工件( 高档水龙 头、航空叶片、汽轮机叶片等) 的磨削加工
3、方法有 普通磨床的人工磨削、专用磨削机床和数控磨削 机床 。普通磨床的人工磨削费时且劳动强度大, 加工成品率低;专用磨削机床通用性差 ,适合批 量生产 ;数控磨削机床成本高 、编程复杂 。近年 来 ,机器人磨削加工技术引起人们 的关注,与数 控机床相比,具 有柔性好、智能化、精度高等优 点 ” 。 机器人磨削系统使用机器人离线编程技术, 集标 定、生产 、检 测于 一体 ,工件 的磨削效 率 高,表面质量好 ,可 自动装卡工件,适用于工件 的 自动化 流水线 的磨 削加 工【 2 j 。 本文介绍 的二维磨削力控制砂带磨削机床是 机器人磨削系统的重要组成部分。其控制部分不 仅关系到二维磨削力控
4、制砂带磨削机床的可操作 性 能 和工 件 的加 工 质 量 ,而 且也 影 响 机 器人 对 磨 削机床的控制及机器人磨削系统的可靠性。 1 二维磨削力控制砂带磨削机床的组 成及工作原理 二维磨削力控制砂带磨削机床 由上 、下两个 砂带磨削机床组件组成,如图1 所示。 上、下两砂带磨削机床组件均采用平行四边 形机构。当机器人抓持工件在砂带 磨削机床上磨 削加工时 ,同一时刻只在一个磨削机床组件上磨 削加工 。 9 1 0 1 1 4 5 1 一立柱;2 摆杆 ;3 一下磨削轮组合 :4 一 变频 电机;5 一导轨滑 块机构;6 一恒磨削力调节机构 i 7 一转位锁紧机构;8 伺服电机 9 一横
5、粱;1 O 一调偏机构;l 1 一低摩擦气缸; 1 2 一 上单元张紧机 构 ;1 3 一变频电机 ;l 4 一砂带;l 5 一下单元张紧机构 图1 二维磨削力机器人砂带磨削机装配图 下砂带磨削机床组件 只有一个大的磨削轮 , 适用于大 曲率曲面或平面的磨削加工 ,采用一维 磨削力控制技术 ,且该机构与上砂带磨削机床组 件共 用一个比例 阀与伺服气缸来控制上、下砂带 磨削机床组件 的水平力控制 。当接触力大于设定 值时 ,下砂带磨削机床组件横梁拉动弹簧后退, 使作用于伺服气缸上 的力增大,比例 阀开始调整 收稿 日期:2 0 1 0 - 0 9 - 2 2 作者简介:李成群 ( 1 9 6 3
6、一 ),男,河北唐 山人 ,副教授 ,博士,研 究方 向为机器人技术 、机械 系统动力学、工业控制 和测试技术 。 【 4 4 】 第3 3 卷第2 期2 0 1 1 2 ( 上) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m、 l 注 訇 化 进行排气,使伺服气缸 内压力维持在设定值 。 上砂带磨 削机床组件含有转位锁 紧机构 ,转 位 锁紧机构的旋转臂上安装两个小磨削轮,适 用 于 小 曲 率 曲 面 的 磨 削 加 工 , 采 用 二 维 磨 削 力 控 制 技术 ,磨 削 力 大 小分 别 由两 个 比例 阀 控 制两 个 伺服气缸来调节 。当磨削力大干设定值 时,水
7、平 力 的控 制 与 下 砂带 磨 削机 床 组 件 磨 削 力控 制 原 理 相同;在垂直方向上,滑块带动伺服气缸运动 , 气 缸 内压 力 发 生 变化 , 比例 阀开 始调 整 进 气或 排 气,使伺服气缸内压 力维持在设定值 ,从 而可控 制平 面 内任 意方 向磨 削力 的大小 。 2 P L C 控制系统硬件配置及其功能 以三 菱F X系: I| P L C为核 心 的控 制 系统 硬 件 配 置 如 图2 所 示 。整 个控制 系统 包括 : 其 他 输 出 端 口 机 器 人 控 制 器 其 I l 他I I 转 输l l 位 入f f 码 端l I 盘 1:3 J j 水平方
8、向 伺服气缸 垂 直方 向 伺服气缸 比例 阀I I比例阀 P L C控制器 D A 转换 = A D 转换 人 机 交 互 器 驱 动 器 I I 变 频 器l l 变 频 器l 1 伺服 f 上磨削机 f f 下磨削机 电机l l 变频电机 I I 变频电机 图2 P L C控制系统硬件配置 P L C控制 器及 扩展 模块 ( A D转换 器 、D A转换 器 ) 、气动 控 制 、机 器人 控 制器 、人机 交 互 器 、伺 服电机控制系统、变频电机控制系统等。 2 1 P L C控制器及扩展模块 1 )P L C 控制器 :对整套工艺系统分析,进行 I O分配 ,需要输入点数 为1
9、2 ,输 出点数为 l 1 , P L C 型号可选用F X2 N一 3 2 MT 一 0 0 1 ,其输入点数与 输 出点 数 均为 l 6 ,且 有 串行 通 讯 模 块 和功 能 扩 展 模 块 ,使 用 特 殊功 能 模 块 或 功 能 扩展 模 块 ,可 实 现模拟量控制、位置控制和联网通讯控制 。 2 )A D转换器 :在 自动张紧装置中,低摩擦 气 缸 的 压 力值 经压 力 传 感 器 转 变 为 电信 号 后 必 须 通过A D转换器把模拟量转变成数字量才能被P L C 处理 。其型号为F X2 N一 2 AD,有2 个输入通道 ,每 一通道都可进行A D转换,其分辨率为1
10、2 位。 3 ) D A转换器:在接触力补偿 系统 中,P L C 需将设定气压值经D A转换 后才能传送给 比例 阀 进 行气 压 调 节 。变 频 电机 控 制 系统 中 ,将 控 制信 号经D A转 换 后的 电压信 号传输 给 变频器 ,通 过模 拟量控制不但可以提 高加工精度 ,而且节约I 0点 数 。其型号为F X2 N一 4 DA,有4 个输 出通道,每一 通道都可进D A转换,其分辨率为1 2 位。 2 2气动控制 气 动 控制 系统 原理 图如 图3 所 示 ,气 源经 过 气 源三联 件后 ,分为 三路 : 乖直接触 力 图 3 气动 控制 系统 原 理 图 一路 经 二
11、位三 通 电磁 阀 、减 压 阀 、压 力 传感 器 ,最 后 到 张 紧气 缸 。该 回 路 用于 气 动 张 紧 ,张 紧力通过减压阀来调节 。一般在0 2 0 4 MP a 。压 力传感器检测张紧气缸内的压力 ,并将压力值传 送给P L C,如果张紧气压小于0 2 MP a ,P L C 禁止系 统进行磨削加工作业,防止危险事故发生。 另两 路经 过2 5 t m过滤 器 、比例 压 力 阀 、二位 五通 电磁 阀,最后分别到达水平接触力补偿气缸 和垂 直 接 触 力补 偿 气 缸 。 该 回路 用 于 磨 削 时接 触 力补 偿 ,其 工作 原 理 :用 机器 人 控 制 器 或人 机
12、 交 互器设定比例阀工作的气压 ,P L C将该气压值经D A转换后传送给比例 阀。在磨削加工过程 中,当 第3 3 卷第2 期2 0 3 1 - 2 ( 上 ) I 4 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m、 l 匐 矽 化 接触力波动时 ,比例 阀会 自动将气压维持在上述 设定值 ,抵消接 触力波动 对气压 的影响 。 2 3 机器人控制器 机 器人控 制器 选 用 “ AB B I R B M2 0 0 0 ”系 列 机 器人 。在P L C与机器人通 讯 中,根据磨 削工艺要 求 、机器人姿态对砂带磨削机床接触轮位置的要 求以及对磨削力的要求等, 通过
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- plc 二维 磨削 控制 机床 中的 应用
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