马波斯E20N和三菱Q PLC在外圈沟道磨床上的应用

冯万寿

(新乡日升数控轴承装备股份有限公司 技术部，河南 新乡 453003)

1 加工工艺

数控全自动外圈沟道磨床是进行深沟球轴承外圈沟道磨削加工的一种专用设备，目前主要采用金刚石滚轮成形修整器，或者通过液压油缸驱动、伺服电动机加减速器旋转驱动的机械式圆弧修整器对砂轮表面进行修整，把砂轮修整成和轴承外圈沟道曲率相同的圆弧形状，然后通过PLC，位置控制单元和输入、输出模块驱动交流伺服电动机，再通过联轴器、滚珠丝杠、导轨等形成进给机构，并辅以机械手自动上下料机构、电磁无心夹具机构、支撑机构等一系列单元，构成轴承外圈沟道磨床。目前普遍采用定程切入磨削方法，依靠人机单元设定加工参数，如进给量、磨削时间和磨削速度等。三菱Q PLC位置控制单元根据人机单元设定的位置、速度等加工参数，输出相对应的脉冲串，驱动伺服驱动器和伺服电动机，带动进给机构进行加工。

在实际加工中，由于外圈毛坯的留量误差比较大，采用定程磨削，为了提高安全性，避免产生机床撞车现象，采取将空程留量适当增大的方法，但这将降低加工效率。为了保证加工效率，且不出现撞车或者降低磨削精度，利用马波斯E20N消空程防碰撞装置与PLC、人机界面相配合，其能自动检测到每一个加工产品的空行程余量，使磨削进给自动从快进转换为工进，实现最高效率加工，并且杜绝撞车现象的发生。其系统构成如图1所示。

图1 系统构成图

2 控制部分

马波斯E20N通过正确检测机床加工中砂轮与工件接触或碰撞产生的超声波信号，能够实现下列控制。

(1)消空程控制。定义噪声极限值，将工作过程中检测到的工作噪声和定义的噪声值进行比较，通过比较结果来控制实际工作过程中砂轮的进给速度，实现砂轮从快进到工进的转换，从而优化加工循环。

(2)防碰撞控制。由于程序错误，异常的工件或机器故障可能导致砂轮与工件或磨床其他部件的碰撞。通过对噪声进行检测，进而与设定的噪声值进行比较，可以在有碰撞信号时使砂轮和碰撞部件快速分开，确保设备的安全。

马波斯E20N控制形式有单通道(一个消空程GAP 或一个防碰撞CRASH通道)、双通道Ⅰ(一个消空程GAP和一个防碰撞CRASH通道)和双通道Ⅱ(两个消空程GAP通道)。在此采用双通道Ⅰ控制方式。通过在人机界面上设定消空程和防碰撞开关，输入消空程和防碰撞信号来进行调整。具体控制线路如图2所示。

图2 控制线路图

分配功能如下：X00为防碰撞信号，X01为消空程信号，两者为PLC输入信号。Y10 为PLC输出信号，驱动KA1，KA1控制E20N启动。工作流程如图3所示。

图3 工作流程图

3 E20N调试

具体操作面板分配如图4所示(1个GAP消空程通道+1个CRASH防碰撞通道)。

(1)手动调整时,首先启动触摸屏上的“消空程启用”和“防碰撞启用”功能，使PLC输出点Y10得电，进而使KA1吸合，E20N双通道消空程和防碰撞功能处于工作状态。

图4 E20N操作面板图

(2)GAP消空程的调整，按1/2键选择消空程模式：把选择器1选到右边，指示灯1亮；逆时针旋转电位器到“0”；让砂轮与工件刚好接触(“砂轮”、“工件”和“冷却”都打开处于工作状态)；调整电位器，使LED标尺显示值刚好在6.5以下，此时指示灯3刚好熄灭；反复执行几次以确认GAP指令是否在需要的位置触发。

(3)CRASH防碰撞的调整，按1/2键选择防碰撞模式：调整电位器设置灵敏度大约在中部40～60处；在“砂轮”、“工件”和“冷却”都开启的情况下，通过执行几次砂轮和工件的接触，来确认最大的噪声值，并调整灵敏度，使E20N上LED标尺的示值在最大噪声时刚好小于6.5。

通过上述调整过程得到的CRASH极限值要比GAP编程设置值小很多，为了得到一个稳定的CRASH控制，必须编程调整电位器的灵敏度，让其仅比GAP控制值小10%～20%，而且此时CRASH信号刚好不发出(注意：如果工作所使用的砂轮或者磨削的工件类型发生了变化，必须对E20N重新编程调整，以取得和实际工作时相同的工作环境)。

(4)在自动工作时，把消空程信号X00和防碰撞信号X01作为指示灯放在触摸屏上，可以很直观地看到信号“消空程”和“防碰撞”。

4 结束语

由人机界面操作、显示、设定参数，再通过PLC和E20N编程控制的数控全自动外圈沟道磨床，在加工效率大大提高的同时，稳定性也得到提高，因毛坯引发的故障率得到了有效降低。