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西门子S7-300 PLC在双轴平面磨床的应用

  【编者按】双轴平面磨床用于齿轮上下两个端面进行磨削加工,第一轴用来完成一个面的磨削,第二轴用来完成另一个面的磨削,工件输送、装卸均为自动完成。s7-300plc是一种功能强大、性能可靠、抗干扰能力强、高度集成的可编程控制器,它被广泛应用于多种工业场合。  


    双端面磨床:利用两个磨头的砂轮端面同时磨削工件的两个平行平面,有卧轴和立轴两种型式。工件由直线式或旋转式等送料装置引导通过砂轮。这种磨床效率很高,适用于大批量生产轴承环和活塞环等零件。此外,还有专用于磨削机床导轨面的导轨磨床、磨削透平叶片型面的专用磨床等。
  
  2电控硬件系统
  
  2.1机床本体解构
  
  机械部分包括进料输送带、上下料机械手、两根砂轮上下轴、两根砂轮旋转轴、两根工件旋转轴、出料输送带、床身、液压系统、冷却系统以及其他辅助装置,如图1所示。


  
图1机床解构组成


  
  2.2机床电控解构
  
  电气部分包括s7-300plc、movomatic在线检测系统、plc定位模块、交流伺服电机、伺服电机放大驱动电路、西门子的mp370人机接口、各种监控检测开关以及其他辅助电气元件。两根砂轮上下轴、两根砂轮旋转轴、两根工件旋转轴均由交流伺服电机驱动,其中两根砂轮上下轴电机(数字的)由plc定位模块和伺服电机放大驱动电路控制,其他伺服电机(模拟的)由plc模拟输出模块和伺服电机放大驱动电路控制,电控解构如图2所示,plc控制系统硬件配置如表1所示。


  

图2机床电控框图


  
  表1plc硬件配置
  
  3电控系统分析
  
  机床的工艺流程:本机床是用来对齿轮两个端面进行自动磨削加工的机器。它的整个工艺流程可以分为以下几个部分:进料输送带送料、上下料机械手装卸工件、磨削加工、下料输送带送料。下面详细说明每个部分的工艺流程。
  
  3.1进料输送带工艺
  
  手工把工件放到进料输送带上→进料输送带把工件送到进料口→进料阻挡器动作,保证上料口最多只有一个工件→工件到达上料口。
  
  3.2上下料机械手工艺
  
  工件到达上料口→机械手前进→机械手手指抓住工件→机械手上升抓起工件→机械手后退→下一个工件到达上料口→机械手转到上料位置→机械手前进→机械手下降,放下工件→机械手手指松开→机械手后退→机械手回位,准备下次上料。
  
  3.3磨削加工工艺
  
  工件轴上有工件→压紧装置抬起→压紧装置前进→压紧装置下降,确认工件放到位→工件夹紧→压紧装置抬起→压紧装置后退→测头抬起→测头前进→测头下降在线检测工件加工余量→砂轮旋转,切削液打开→工件与砂轮逆向旋转→砂轮下降到粗磨点→粗磨工件→精磨工件→抛光工件→砂轮上升,关切削液→工件停止旋转→测头抬起→测头后退→机械手装卸工件。
  
  3.4下料输送带工艺
  
  工件到达下料输送带入口→下料输送带带着工件前进→工件到达下料阻挡器→下料阻挡器动作(保证下料气缸推杆前最多只有一个工件)→工件到达下料气缸推杆前→下料气缸动作,把工件送到下一道工序。
  
  4plc软件设计
  
  详细了解机床加工工艺之后,接下来介绍机床的软件系统。软件系统分为plc程序和人机接口组态画面数据两部分,如图3所示。
  

图3plc软件解构
  

  4.1plc程序
  
  plc程序用来实现机床的所有功能控制要求,包括上面所描述的所有工艺流程,还包括plc定位模块的组态数据。程序都利用step7v5.4编程软件实现,件磨削加工的控制程序流程如图4所示。

  

图4控制程序流程


  
  (1)利用定位模块的组态数据和丝杠上端编码器,结合伺服电机控制放大驱动电路,实现对两根砂轮上下轴的精确定位控制。该定位模块内部集成有类似840d数控系统的功能,进给轴的控制采用设定相关数控参数,再结合数控加工编程实现。
  
  (2)利用在线检测测头反馈的数据计算磨削量,该反馈数据通过movomatic控制器的数字输出口输出到plc的数字输入模块,plc从而实现对该数据的实时采样,并且利用该数据和设定的加工工艺数据进行比较,从而实现机床的粗磨、精磨和抛光功能。
  
  (3)根据设定的加工工艺数据,plc通过模拟量输出模块,计算输出模拟量到伺服电机放大驱动电路,控制砂轮旋转电机和工件旋转电机的转速。
  
  (4)利用数据块(db)保存机床设定的加工工艺数据,保证机床断电重启时不丢失加工工艺数据。
  
  (5)利用mpi通讯,实现mp370和plc之间的数据交换。
  
  4.2人机接口程序
  
  人机接口程序主要是画面组态数据,结合功能键和操作盘的按键、开关,实现各个画面之间快速切换,还有相关工艺参数的设定与调整。这些画面主要有:功能键说明,第一个工件轴、砂轮轴和砂轮上下轴控制动作画面,第二个工件轴、砂轮轴和砂轮上下轴控制动作画面,进料输送带控制动作画面,出料输送带控制动作画面,上下料机械手控制动作画面,诊断画面,加工监控画面,第一轴加工工艺参数设定画面,第二轴加工工艺参数设定画面,定位模块控制功能画面等。人机接口程序利用protoolv6.0编程软件完成。
  
  5结束语
  
  通过以上叙述,我们可以看出:s7-300plc的应用须注意以下几点:
  
  要对所用设备功能非常清楚;深刻理解所用设备的系统构成;熟悉所用设备的工艺流程;
  
  根据工艺要求和系统构成组态s7-300plc硬件;根据工艺流程和功能需求详细编写控制程序;精通step7编程软件的应用以及相关的软硬件模块功能;根据需要编写相关人机接口画面和控制程序。


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