双轴珩磨机控制系统应用研究

于海峰 李虎 董志恒

摘要： 以富士双轴珩磨机控制系统为例，研究阐述三菱Q系列PLC、GOT触摸屏，发那科35I-MB数控系统，东京精密测量系统和上位机的组成，网络通讯配置，交互信号和缸孔珩磨工作原理等方面，提高珩磨机控制系统技能掌握水平和系统设计能力，缩短设备故障处理时间保障生产。

Abstract： Take Fuji honing machine control system for an example， research Mitsubishi Q reries PLC and GOT touch panel， FANUC 35I-MB numerical control system， network communication configuration， interactive signal， honing working principle for cylinder block， and so on. It can improve honing machine control system skills and system design ability， shorten equipment fault handling time and ensure production.

关键词： 三菱Q系列PLC、GOT;发那科35I-MB数控系统;PMC轴;CC-Link总线网络;TCP/IP以太网通讯;通讯配置

Key words： mitsubishi Q series PLC、GOT;FANUC 35I-MB numerical control system;PMC axis;CC-Link bus network;TCP/IP ethernet communication;communication configuration

中圖分类号：U461.2                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）19-0004-02

0  引言

珩磨机是汽车制造业发动机生产线上用于缸孔珩磨的设备。珩磨机国外厂家有德国格林和纳格尔，日本富士和善能，国内有北京第一机床集团第三机床厂和宁夏大河机床集团。上汽通用五菱汽车股份有限公司重庆分公司引进了格林、纳格尔和富士三种珩磨机，前两者属于单轴珩磨，只有富士珩磨机引进双轴珩磨机，兼容5种三四缸机型，生产效率高，控制复杂。本文重点把富士双轴珩磨机作为典型，分析其控制系统组成部分，通讯设计和工作原理。对于提高双轴珩磨机的技能水平，缩短故障处理时间，同时提高设备改造能力和新项目设计能力等等方面都有很大必要性。

1  硬件组成

富士双轴珩磨机控制系统主要由三菱Q系列PLC硬件组态相关产品，发那科35I-MB数控系统和东京精密测量仪，上位机等组成。

1.1 三菱Q系列PLC硬件组态  CPU型号Q13UDEH，内置1个以太网接口，1张Flash存储卡。配置两个CC-Link总线主站模块QJ61BT11N，一个以太网模块QJ71E71。输入模块配置11个32位QX81，1个16位QX80;输出模块配置14个32位QY81P，4个16位QY80。主底板Q312B，两个扩展底板Q612B，每个底板都配有Q63P的电源模块为底板和其他模块供电。3个操作面板GT1685M-STBD，属于GOT1000系列。

1.2 数控系统硬件组成  如表1所示，各工位装置单独配备35I-MB分离型数控系统，共9个NCU控制器，每个NCU控制器控制不超过3个PMC轴。涨刀轴功率小，选用Fanuc的βi伺服放大器和伺服电机，其他PMC轴采用αi伺服放大器和伺服电机。伺服电机均有绝对式编码器作为全闭环系统位置反馈，位置控制更为精确。

2  网络通讯

2.1 CC-Link现场总线通讯  三菱PLC硬件组态中使用到两个CC-Link主站模块构成两个CC-Link现场总线网络，如图1所示。

①主站模块1连接NCU的CC-Link插槽上，各控制器作为远程设备站通过CC-Link现场总线相连。每个控制器占4个站，共占36个子站。远程设备站控制器在PLC和数控系统中地址对应情况如下：远程设备站寄存器读取RWr和写入RWw分别映射对应PLC中的首地址D14000和D14500，如图2所示。也映射对应数控系统中CC-Link远程设备设定读取RWr首地址R5400和写入RWw首地址R5300。远程设备站输入RX和远程输出RY分别映射对应PLC中首地址X1000和Y1000。也映射对应数控系统中CC-Link远程设备设定输出RY首地址R5100和输出RX首地址R5200。②主站模块2连接64个子站，由于CC-Link通信距离长和分支多，通过中继器Reapter Hub与各现场输入输出等子站模块相连。在PLC编程软件GX-Works2中，设置的远程输入RX和远程输出RY分别为X600和Y600，总站数设置64。如图1所示，由于CC-Link采用的是CC-Link专用通讯线缆，总线最后一个子站和CC-Link主站模块的两端要各连接一个110欧的终端电阻以形成闭环。

2.2 TCP/IP以太网通讯  以太网通讯网络应用两处，一是Fanuc数控系统内部，二是三菱PLC应用。

①数控系统每3个控制器通过1个Hub集线器相连，再通过网线连接1个操作面板。通过旋钮切换选择NCU控制器。以第2个面板为例，旋钮触发输入信号，在PLC中经过逻辑运算赋值D14500，通过CC-Link总线，映射写入数控系统PMC的R5300中。再通过CSD系统软件切换显示3个NCU数控系统界面，以便对相应控制器操作。②在三菱PLC以太网通讯中，以太网模块通过1个Hub连接3个GOT操作面板，Hub连接到工厂网络层，可远程连接三菱PLC以监控现场机床设备状态。PLC的CPU内置以太网口，通过1个Hub连接两台上位机电脑。

2.3 交互信号  由于珩磨程序是厂家核心技术，厂家用Fanuc宏执行器编辑珩磨源程序完成后再封装写入FROM导致无法查看程序。研究Fanuc数控系统与三菱PLC的交互信号有助于理解珩磨程序和整机运行原理。Fanuc数控系统与三菱PLC信号交互主要采取两种形式。一种是Fanuc系统中I/O Link数字输入输出单元24VDC普通线缆连接对应三菱PLC的数字输出输入模块，例如三菱PLC发送数控系统JOG模式、程序号、手动移动孔位置号和转发东京精密测量仪气检SZ信号等等数字信号，而数控系统发送三菱PLC自动运行、轴移动中、加工步骤切换等信号。另一种是通过CC-Link通讯。PLC输入信号包括缸孔的位置，缸孔的位置/速度显示，NC选择程序号和报警号等等。PLC输出信号包括工位3、4、8轴通信数据，GOT上工位1缸孔预检位置、工位6缸孔各检测及校零位置、工位9曲轴孔检测位置和输送带各位置速度参数等等。

3  缸孔珩磨控制系统应用原理

1个珩磨程序里，粗珩工位有3个步序step1-3，而在半精、精珩工位，有5个步序step1-5，半精对应步序step1-3，精珩对应step4-5。步序正常结束信号主要两种，一种往复运动行程次数达到设定值，一种气电转换器检测缸孔加工余量达到设定值。自动运行工件到位落座好后，PLC控制油缸夹紧工件，据工件类型输出信号发送3位二进制缸孔位置号、6位二进制珩磨程序号和自动启动等信号给NC控制器，NC控制器调用相应珩磨程序。如图3所示，珩磨程序调用后，NC指令Z轴移动到缸孔内部，再控制机械涨刀C轴涨刀到贴靠值。NC控制器输出0-10V电压信号控制变频器珩磨主轴转速。珩磨主轴在缸孔内部切削上下限往复珩磨缸孔，在切削下限时，C轴定量机械涨刀。气电传感器把检测到的珩磨轴与缸壁的气压转换为模拟电信号，反馈东京精密测量仪。当该模拟信号到达测量仪设定值（根据缸孔加工余量设定）时输出信号SZ1-4，通过PLC转发给NC，该歩序结束。如未使用SZ信号，当珩磨轴上下往復行程次数CNT达到时，该步序结束。

当到达步序4和5精珩时，机械涨刀回零点，输出0-10V模拟量电压信号控制液压比例阀控制器，从而控制输出液压压力。珩磨主轴在液压涨刀下珩磨缸孔，在主轴回转速度和往复速度同时作用下，珩磨出缸孔网纹角。步序的结束标志，粗珩和半精珩为SZ信号，精珩为CNT行程次数。粗珩步序3或者精珩步序5结束，机械涨刀和液压涨刀均收刀，往复Z轴上升到参考位置，代表整个珩磨程序结束。当#1和#3号孔珩磨完，松开夹具，NC控制器PMC轴指令横移X轴伺服电机，把左右双轴机械结构移动分别对应#2号孔和#4号孔，再调用珩磨程序重复跟#1和#3号孔相同加工内容。注：珩磨到达切削上下限时，PMC中的F10-F13译码M60和M61，再通过Y3.7输出给PLC往复轴换向切换信号，作为报警防错用。左右轴横移均通过PMC轴命令实现。

4  结束语

富士双轴珩磨机应用技术复杂且有封装，部分程序设置了密码，结合作者丰富的设备维护改造经验，对富士双轴珩磨机控制系统进行了比较全面的研究分析，这对机床操作者、维护人员和设计人员都有一定参考意义。

参考文献：

[1]朱朋.内孔珩磨机数字控制系统的研究[D].杭州电子科技大学.

[2]刘烈炎.GEHRING珩磨机的功能及运用技巧[J].组合机床与自动化加工技术，2001（3）.

[3]毕海军.FANUC宏编译器的应用[J].精密制造与自动化，2008（4）.