1 引言

雙軸平面磨床用于齒輪上下兩個(gè)端面進(jìn)行磨削加工，第一軸用來(lái)完成一個(gè)面的磨削，第二軸用來(lái)完成另一個(gè)面的磨削，工件輸送、裝卸均為自動(dòng)完成。s7-300plc是一種功能強(qiáng)大、性能可靠、抗干擾能力強(qiáng)、高度集成的可編程控制器，它被廣泛應(yīng)用于多種工業(yè)場(chǎng)合。

2 電控硬件系統(tǒng)

　　2.1 機(jī)床本體解構(gòu)

　　機(jī)械部分包括進(jìn)料輸送帶、上下料機(jī)械手、兩根砂輪上下軸、兩根砂輪旋轉(zhuǎn)軸、兩根工件旋轉(zhuǎn)軸、出料輸送帶、床身、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及其他輔助裝置，如圖1所示。

圖1 機(jī)床解構(gòu)組成

　　2.2 機(jī)床電控解構(gòu)

　　電氣部分包括s7-300 plc、movomatic在線檢測(cè)系統(tǒng)、plc定位模塊、交流伺服電機(jī)、伺服電機(jī)放大驅(qū)動(dòng)電路、西門子的mp370人機(jī)接口、各種監(jiān)控檢測(cè)開關(guān)以及其他輔助電氣元件。兩根砂輪上下軸、兩根砂輪旋轉(zhuǎn)軸、兩根工件旋轉(zhuǎn)軸均由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中兩根砂輪上下軸電機(jī)(數(shù)字的)由plc定位模塊和伺服電機(jī)放大驅(qū)動(dòng)電路控制，其他伺服電機(jī)(模擬的)由plc模擬輸出模塊和伺服電機(jī)放大驅(qū)動(dòng)電路控制，電控解構(gòu)如圖2所示，plc控制系統(tǒng)硬件配置如表1所示。

圖2 機(jī)床電控框圖

表1 plc硬件配置

3 電控系統(tǒng)分析

　　機(jī)床的工藝流程：本機(jī)床是用來(lái)對(duì)齒輪兩個(gè)端面進(jìn)行自動(dòng)磨削加工的機(jī)器。它的整個(gè)工藝流程可以分為以下幾個(gè)部分：進(jìn)料輸送帶送料、上下料機(jī)械手裝卸工件、磨削加工、下料輸送帶送料。下面詳細(xì)說(shuō)明每個(gè)部分的工藝流程。

　　3.1 進(jìn)料輸送帶工藝

　　手工把工件放到進(jìn)料輸送帶上 → 進(jìn)料輸送帶把工件送到進(jìn)料口 → 進(jìn)料阻擋器動(dòng)作，保證上料口最多只有一個(gè)工件 → 工件到達(dá)上料口。

　　3.2 上下料機(jī)械手工藝

　工件到達(dá)上料口→機(jī)械手前進(jìn) → 機(jī)械手手指抓住工件 → 機(jī)械手上升抓起工件 → 機(jī)械手后退 → 下一個(gè)工件到達(dá)上料口 →機(jī)械手轉(zhuǎn)到上料位置 →機(jī)械手前進(jìn) → 機(jī)械手下降，放下工件 → 機(jī)械手手指松開 → 機(jī)械手后退 → 機(jī)械手回位，準(zhǔn)備下次上料 。

　　3.3 磨削加工工藝

工件軸上有工件→ 壓緊裝置抬起 → 壓緊裝置前進(jìn) → 壓緊裝置下降，確認(rèn)工件放到位 → 工件夾緊 → 壓緊裝置抬起 → 壓緊裝置后退 → 測(cè)頭抬起 → 測(cè)頭前進(jìn) → 測(cè)頭下降在線檢測(cè)工件加工余量 → 砂輪旋轉(zhuǎn)，切削液打開 → 工件與砂輪逆向旋轉(zhuǎn) → 砂輪下降到粗磨點(diǎn) → 粗磨工件 → 精磨工件 → 拋光工件 → 砂輪上升，關(guān)切削液 → 工件停止旋轉(zhuǎn) →測(cè)頭抬起 → 測(cè)頭后退 → 機(jī)械手裝卸工件。

　　3.4 下料輸送帶工藝

　　工件到達(dá)下料輸送帶入口 → 下料輸送帶帶著工件前進(jìn) → 工件到達(dá)下料阻擋器 → 下料阻擋器動(dòng)作(保證下料氣缸推桿前最多只有一個(gè)工件) → 工件到達(dá)下料氣缸推桿前 → 下料氣缸動(dòng)作，把工件送到下一道工序。

4 plc軟件設(shè)計(jì)

　　詳細(xì)了解機(jī)床加工工藝之后，接下來(lái)介紹機(jī)床的軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)分為plc程序和人機(jī)接口組態(tài)畫面數(shù)據(jù)兩部分，如圖3所示。

圖3 plc軟件解構(gòu)

　　4.1 plc程序

　　plc程序用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的所有功能控制要求，包括上面所描述的所有工藝流程，還包括plc定位模塊的組態(tài)數(shù)據(jù)。程序都利用step7 v5.4編程軟件實(shí)現(xiàn)，件磨削加工的控制程序流程如圖4所示。

(1)利用定位模塊的組態(tài)數(shù)據(jù)和絲杠上端編碼器，結(jié)合伺服電機(jī)控制放大驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩根砂輪上下軸的精確定位控制。該定位模塊內(nèi)部集成有類似840d數(shù)控系統(tǒng)的功能，進(jìn)給軸的控制采用設(shè)定相關(guān)數(shù)控參數(shù)，再結(jié)合數(shù)控加工編程實(shí)現(xiàn)。

　　(2)利用在線檢測(cè)測(cè)頭反饋的數(shù)據(jù)計(jì)算磨削量，該反饋數(shù)據(jù)通過(guò)movomatic控制器的數(shù)字輸出口輸出到plc的數(shù)字輸入模塊，plc從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采樣，并且利用該數(shù)據(jù)和設(shè)定的加工工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床的粗磨、精磨和拋光功能。

　　(3)根據(jù)設(shè)定的加工工藝數(shù)據(jù)，plc通過(guò)模擬量輸出模塊，計(jì)算輸出模擬量到伺服電機(jī)放大驅(qū)動(dòng)電路，控制砂輪旋轉(zhuǎn)電機(jī)和工件旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

　　(4) 利用數(shù)據(jù)塊(db)保存機(jī)床設(shè)定的加工工藝數(shù)據(jù)，保證機(jī)床斷電重啟時(shí)不丟失加工工藝數(shù)據(jù)。

　　(5)利用mpi通訊，實(shí)現(xiàn)mp370和plc之間的數(shù)據(jù)交換。

　　4.2 人機(jī)接口程序

　　人機(jī)接口程序主要是畫面組態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合功能鍵和操作盤的按鍵、開關(guān)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)畫面之間快速切換，還有相關(guān)工藝參數(shù)的設(shè)定與調(diào)整。這些畫面主要有：功能鍵說(shuō)明，第一個(gè)工件軸、砂輪軸和砂輪上下軸控制動(dòng)作畫面，第二個(gè)工件軸、砂輪軸和砂輪上下軸控制動(dòng)作畫面，進(jìn)料輸送帶控制動(dòng)作畫面，出料輸送帶控制動(dòng)作畫面，上下料機(jī)械手控制動(dòng)作畫面，診斷畫面，加工監(jiān)控畫面，第一軸加工工藝參數(shù)設(shè)定畫面，第二軸加工工藝參數(shù)設(shè)定畫面，定位模塊控制功能畫面等。人機(jī)接口程序利用protool v6.0編程軟件完成。

5 結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)以上敘述，我們可以看出：s7-300 plc的應(yīng)用須注意以下幾點(diǎn)：

　　要對(duì)所用設(shè)備功能非常清楚；深刻理解所用設(shè)備的系統(tǒng)構(gòu)成；熟悉所用設(shè)備的工藝流程；

　　根據(jù)工藝要求和系統(tǒng)構(gòu)成組態(tài)s7-300plc硬件；根據(jù)工藝流程和功能需求詳細(xì)編寫控制程序；精通step7編程軟件的應(yīng)用以及相關(guān)的軟硬件模塊功能；根據(jù)需要編寫相關(guān)人機(jī)接口畫面和控制程序。