D51KY-160E立式數控輾環機控制系統設計

喬俊杰，任德志

(河南科技大學，河南 洛陽 471003)

國產D51系列立式輾環機一直采用人工操作的方式加工軸承套圈[1]，該設備對操作工人的經驗要求非常高，且勞動環境差、強度較大。由于產品尺寸不穩定，需要通過外加整形機進行尺寸矯正。

為保證小型立式輾環機的加工精度，提高產品加工效率，在D51Y-160E型液壓手動輾環機的基礎上研制出D51KY-160E型立式數控輾環機，其結合軸承套圈熱輾擴工藝的實際情況，采用PLC控制液壓伺服比例閥的方式推動主滑塊進給，采用光柵尺主動測量輾擴過程中軸承套圈尺寸變化，全自動化生產，不需要人工干預，保證了工件的輾擴精度和零件尺寸穩定。下文主要對該設備的控制系統進行介紹。

1 硬件構成

D51YK-160E數控輾環機結構如圖1所示，控制系統硬件組成如圖2所示。

1—伺服油缸；2—滑塊；3—滑塊光柵尺；4—輾壓輪；5—芯軸；6—推力輪；7—套圈；8—信號輪；9—測量光柵尺

圖2 控制系統硬件系統框圖

控制系統主要由PLC、觸摸屏、伺服比例閥放大器、光柵尺、高速計數模塊、數模轉換模塊等組成。PLC作為整個控制系統的運算處理中心，按照觸摸屏設定的工藝參數負責對整個加工過程進行監控，通過數模轉換模塊完成對電液比例閥的實時控制，實現對液壓缸行程位置的控制，并通過編碼器接口控制獲得運動位置反饋信息。利用光柵尺主動測量輾擴過程中套圈尺寸實時變化狀況，當尺寸達到產品預設值時，開始整圓。

PLC采用三菱公司FX3U-80MT小型高速邏輯可編程控制器，具有高速的運算速度和豐富的運算指令，還具有模擬控制、運動控制、高速計數等專用模塊[2]。觸摸屏采用臺灣威綸公司的MT8010IE型10 in觸摸屏，為65K真彩顯示屏，支持配方存儲，使用簡單，性價比高。比例伺服閥采用意大利阿托斯DLHZO-TE-040-T型非線性比例伺服閥，具有高精度、高響應、帶閥芯位置閉環反饋等優點[3]，能根據輸入指令模擬電壓的變化快速調整伺服比例閥的流量，進而快速調整輾壓輪的進給速度。

2 I/O分配

D51KY-160E型數控輾環機I/O口主要有數字量輸入、數字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出和高速計數5種。

按鈕輸入信號、檢測輸入信號、電磁閥輸出信號分配分別見表1～表3。

表1 按鈕輸入信號分配表

表2 檢測輸入信號分配表

表3 電磁閥輸出信號分配表

模擬量輸入模塊(FX3U-4AD)輸入點為V+，VI-，分別為伺服油缸液壓壓力+和伺服油缸液壓壓力-。模擬量輸出模塊(FX3U-4DA)輸入點為V+，VI-，分別為伺服比例閥控制信號+和伺服比例閥控制信號-。

高速計數模塊FX3U-1HC-ADP(信號輪光柵尺)分配見表4。

表4 高速計數輸入信號分配表

比例伺服閥和光柵尺測量信號電氣原理分別如圖3和圖4所示。

圖3 比例伺服閥控制電氣原理圖

圖4 光柵尺測量信號電氣原理圖

3 控制程序編寫

3.1 PLC調用子程序及抑制零漂程序

比例伺服閥PLC輸出模擬量控制信號采用調用子程序的命令，根據配方參數在自動加工過程中輸出不同的模擬信號控制比例伺服閥，進而不斷改變油缸進給速度。由于比例伺服閥受到油溫的影響會產生零點漂移，在控制程序中采用中斷的方式用鎖零程序來抑制零漂，防止在給定“零”信號的時候，滑塊由于比例伺服閥的零漂引起誤動作。鎖零程序如圖5所示。

圖5 比例伺服閥鎖零程序梯形圖

3.2 觸摸屏參數編輯

觸摸屏參數編輯輸入界面如圖6所示。

圖6 觸摸屏參數輸入界面

4 試驗結果

以圓錐滾子軸承572外圈毛坯為例，其外徑為142 mm，寬度為31.2 mm。產品試制效率為每分鐘12件，批量生產2 000件，隨機抽取200件測量外徑尺寸和圓度，結果表明，圓度和外徑散差都能控制在0.5 mm以內，產品尺寸精度完全滿足工藝要求。