PLC控制在普通軋輥磨床進給傳動中的應用

天水星火機床有限責任公司 張建森

1.前言

雖然數控型軋輥磨床以其高效率、高精度、高自動化的優勢，已經在冶金、造紙等行業得到了長足的發展，但由于其造價成本偏高，不可能短時期得到大范圍的使用。根據冶金、造紙等行業的發展現狀，普通軋輥磨床在我國冶金、造紙等行業中仍占有主導地位。

傳統的普通軋輥磨床大多數都采用純機械結構，各種功能的操作也都是靠人工完成；對于小型的軋輥磨床，這樣的傳動結構和操作方式，還能實現；而對于一些大、重型的軋輥磨床，這種純機械的傳動結構和全人力的操作方式不但給軋輥磨床的加工、裝配帶來相當大的難度，而且使軋輥磨床的各種功能操作轉換也難以實現；于是，在普通軋輥磨床的設計研發過程中，人們就提出了這樣的一個問題，能不能設法給普通軋輥磨中引入電子元器件，利于簡單的PLC控制來簡化普通軋輥磨床的機械傳動結構和人工操作方式。

伺服電動機的引入是一個突破口。現階段，伺服電動機已發展到了一個特別成熟穩定的時期；各種普通機床中已有采用PLC控制交流伺服電動機，利用伺服電動機的轉速扭矩特性，簡化原機械傳動結構，實現用PLC控制電子控制代替原手工搬手把操作的先例，從而使得機床的機械傳動設計簡單、生產加工裝配難度下降、控制操作也省時省力，同時也降低了操作者的勞動強度，提高了工作效率。

下面以我公司產品M84125普通軋輥磨床進給傳動系統中，利用西門子S7-300型PLC[1]、611U伺服控制、OP177B可編程顯示終端、電子手輪為例，簡述該技術在普通軋輥磨床的應用過程，及其所取得的效果。

2.M84125普通軋輥磨床進給系統的特點和要求

普通軋輥磨床是現代工業生產中不可缺少的一種重要生產設備，主要用于冶金、造紙等行業，磨削軋機上的工作輥和支承輥的輥面和輥徑，要求砂輪縱橫向移動傳動平穩，不能有爬行現象，其運動特征是砂輪縱向在磨削行程范圍內作往復的周期直線運動，在換向時橫向進行手動進刀，同時，由于砂輪在磨削過程中有脫粒現象，要求在磨削過程中根據砂輪的脫粒情況，實時手動進刀。由于軋輥磨床的工件床身與主床身（砂輪移動用）采用分離結構，這樣，就位伺服電動機的引入創造了必要的前提條件。

3.傳統的普通軋輥磨床機械手輪進給傳動鏈

如圖1所示，傳統的普通軋輥磨床機械進刀機構由機械手輪經3級齒輪副和蝸輪蝸桿傳動，最后傳到絲杠、絲母上帶動砂輪橫向進刀，從圖1的傳動原理不難發現該進給機構存在的問題及局限性：

（1）傳動路線較長，操作費時費力，工作效率底下；

（2）傳動間隙大，進刀不準確，易出現扎刀現象；

（3）當機床的直徑規格加大時，進給箱體的規格也要作大，此結構的操作難度也隨著加大，僅靠人力恐怕難以完成；

（4）加工制作箱體的難度相對較大、裝配過于復雜，生產周期較長。

4.PLC控制伺服電動機驅動的進給傳動鏈

如圖2所示，由伺服電動機驅動的進給機構已相當簡化，傳動精度也提高了，傳動結構也不受機床規格的限制；同時生產裝配難度也降低。

5.采用伺服電動機的普通軋輥磨床硬件構成及主要部件的作用

圖1 傳統的軋輥磨床進給傳動原理圖

圖2 伺服電動機驅動進給傳動原理圖

圖3 控制結構圖

由圖1和圖2清楚的可以看到采用伺服電動機驅動普通軋輥磨床，簡化了機械結構，我們采用了先進的PLC、伺服電機、伺服驅動器等電氣控制技術手段實現的，也就是用現代的電子技術取代原始的由機械結構實現的部分功能。我們采用西門子S7-300、OP177B界面[3]、611U伺服驅動、1FT6伺服電機來實現其磨削控制。其控制結構圖如圖3。

各部分功能：

（1）S7-300：通過編寫控制程序，完成與OP177B[3]界面數據的交換、完成對611U伺服驅動的數據交換。

（2）OP177B界面：人機界面，完成磨削工藝參數的輸入及狀態顯示。如磨削的進刀量、磨削速度、行程長度、砂輪修整量、修整速度、修整次數、軸的狀態信息等，根據這些參數建立磨削、修整軸運動程序。

（3）611U伺服驅動：伺服控制器完成驅動、監控伺服電機；我們還利用611U[4]的定位功能和可以帶電子手輪的功能，實現縱向的周期運動，取代傳統結構用行程開關控制換向的周期運動，提高了可靠性，降低了操作者的勞動強度，提高工作效率，由于在611U帶上電子手輪，取代了傳統的軋輥磨床的機械手輪。

（4）1FT6伺服電機：用611U伺服驅動器驅動，完成橫向進刀軸、縱向拖板軸的速度、位置的控制。

（5）采用ProfiBus總線，完成各部件間的數據交換。

6.采用PLC控制的普通軋輥磨床優點

（1）機械結構簡單化，如取消機械手輪傳動機構；

（2）操作簡單、可靠、靈活、穩定，如在OP177B上參數輸入、采用軟鍵替代原操作按鍵；

（3）滿足多種工藝磨削的要求，如恒電流磨削等；

（4）提高產品的加工精度及效率，如排除了原機械手輪傳動引起的各種間隙；

（5）維護方便、快捷，如故障信息可直接在OP177B上顯示到故障源上；

（6）滿足市場對高的性能價格比的需求；

（7）遇到緊急情況，按急停按鈕，可使砂輪快速離開工件表面，在可編程終端顯示器OP上顯示各種故障信息。

7.結語

本文介紹的普通軋輥磨床的控制，在我公司機床上推廣使用，其操作控制性能穩定可靠，簡化機械結構，提升了機床技術含量，使得操作更加宜人化，降低了操作者的勞動強度，提高了工作效率，屬于新技術的引用和推廣，經國內外數家用戶使用，反映使用效果良好。

[1]張建生,趙燕偉,郭建江,等.數控系統應用及開發[M].北京:科學出版社,2006.

[2]SINUMERIK Step7軟件用戶手冊.

[3]SINUMERIK Wincc flexible2008軟件用戶手冊.

[4]SINUMERIK 611U功能描述.