三菱数控系统在瓦楞纸磨床改造上的应用

文/习心晖

摘  要：本文介绍了三菱数控系统在瓦楞辊磨床改造上的运用，为国内同行业机床的设计制造提供了一种思路，重点介绍了用户程序的设计，从程序上避免了加工过程中因为重复循环造成的累计误差。

一、机床基本情况 

该瓦楞辊磨床是上世纪80年代由台湾生产，工作台往复运动采用液压驱动，使用编码器检测工作台位置，由专用的控制器控制工件的分度及磨削砂轮的升降。由于机床的电控元件老化，造成分度及位置检测不准，同时由于液压系统的不稳定性造成工作台运行速度不稳定，很难保证工件的加工精度。因此决定对此机床进行数控化改造。

二、改造方案

1、机械改造：去掉原机床工作台液压驱动部分，将工作台由原来的液压驱动改为丝杠传动，由伺服电机驱动，并增加丝杆润滑功能，保证了工作台运行速度的稳定性。采用两轴插补，可实现凸磨功能。

2、电气改造：控制器选择三菱E68(M)数控系统（内藏64位CPU的高性能CNC，运算速度快）。系统提供了一路模拟主轴输出用于控制砂轮转速；系统最小控制单位为1um，很好的满足了机床的精度要求。

X轴（工作台）；Y轴（砂轮修整器）；Z轴（磨削砂轮）；A轴（工件分度）选用三菱公司高增益伺服系统驱动。

工作台控制：

因为瓦楞辊的加工周期较长，所以采用绝对值编码器进行位置反馈，避免每次开机或加工中途停机而要重新回参考点，提高工作效率，保证了加工精度。根据加工工艺要求，编制专用的加工程序，通过参数设置界面，只需设置起点坐标、工件长度、齿数、粗磨次数、精磨次数等参数就可自动完成加工过程。减少了操作人员的工作量，尽量避免人为操作失误的可能性。

齿轮分度控制：

   利用伺服电机精确的定位功能控制齿轮的分度，分度数根据输入的齿数由加工程序通过专用的程序和算法自动计算。使每齿的分度数误差最小，并且避免每转的加工后的累积误差。利用手轮插补功能，可在加工过程中对当前加工齿的度数进行微调，用来修正砂轮的磨削位置。

磨削砂轮控制：

（1）砂轮旋转使用变频器控制，旋转速度可通过程序或参数设定。

（2）砂轮的进给使用伺服电机控制。进给量和修正量可通过人机界面设定。

（3）与工作台伺服电机联动，可进行直线和圆弧插补，满足工件轮廓曲线的加工。

 3、硬件设计

    在硬件设计过程中，考虑了系统可扩展性，选用了三菱E68M(铣床)数控系统，最大可控制NC轴为4轴，系统还提供了一路模拟主轴输出，其系统最小控制单位为1um，很好的满足了机床的控制要求。

    机床硬件互连图如下：

4、软件设计

1）根据工艺要求设置必要的变量，用于输入加工参数。

#100＝(粗磨修刀量)；#116＝(第１圈精磨进刀量) #128(修砂轮终点位置)

#101＝(第１圈粗磨进刀量)#117＝(第2圈精磨进刀量)#129（X轴行程终点）

#102＝(第2圈粗磨进刀量)#118＝(第3圈精磨进刀量)#130=粗磨循环设定次数

#103＝(第3圈粗磨进刀量)#119＝(第4圈精磨进刀量)#132=砂轮进刀修正量

#104＝(第4圈粗磨进刀量)#120＝(第5圈精磨进刀量)#134=精磨循环设定次数

#105＝(第5圈粗磨进刀量)#121(精磨修刀量)；#138=砂轮进刀速度

#106＝(第6圈粗磨进刀量)#123(X轴空位)#140=轧辊全长

#107＝(第7圈粗磨进刀量)#124(X轴凸磨起点)#141=

#108＝(第8圈粗磨进刀量)#125(A轴分度值)#142=凸起高度

#109＝(第9圈粗磨进刀量)#126(每圈粗磨循环数)#143

#110＝(第10圈粗磨进刀量)#127(齿数) 

2）加工程序设计

O110(                  )  //主程序

N7S600M3 

N8M8 

N9#6=FUP[#127/2] 

#7=#6+1

#9=#127+2

IF[#130EQ0]GOTO200 

N10#1132=1 

#180=0 

N11G90G92A0

N12M98P9102L#7 

M80

N18IF[#1132EQ#130]GOTO200

N20#1132=2 

#180=0 

N21G90G92A0

N22G91G1Z-[#102+#132]Y-#102F#138 

N23M98P9102L#7 

M80

N28IF[#1132EQ#130]GOTO200

N30#1132=3 

#180=0 

G90G92A0 

N31G91G1Z-[#103+#132]Y-#103F#138 

N32M98P9102L#7 

M80

N38IF[#1132EQ#130]GOTO200

N40#1132=4 

#180=0 

G90G92A0 

N41G91G1Z-[#104+#132]Y-#104F#138 

N42M98P9102L#7 

M80

N48IF[#1132EQ#130]GOTO200

N50#1132=5 

#180=0 

G90G92A0 

N51G91G1Z-[#105+#132]Y-#105F#138 

N52M98P9102L#7 

M80

N58IF[#1132EQ#130]GOTO200

N60#1132=6 

#180=0 

G90G92A0 

N61G91G1Z-[#106+#132]Y-#106F#138 

N62M98P9102L#7 

M80

N68IF[#1132EQ#130]GOTO200

N70#1132=7 

#180=0 

G90G92A0 

N71G91G1Z-[#107+#132]Y-#107F#138 

N72M98P9102L#7 

M80

N78IF[#1132EQ#130]GOTO200

N80#1132=8 

#180=0 

G90G92A0 

N81G91G1Z-[#108+#132]Y-#108F#138 

N82M98P9102L#7 

M80

N88IF[#1132EQ#130]GOTO200

N90#1132=9 

#180=0 

G90G92A0 

N91G91G1Z-[#109+#132]Y-#109F#138 

N92M98P9102L#7 

M80

N98IF[#1132EQ#130]GOTO200

N100#1132=10 

#180=0 

G90G92A0 

N101G91G1Z-[#110+#132]Y-#110F#138

N102M98P9102L#7

M80

N108IF[#1132EQ#130]GOTO200 

N110#1132=11 

#180=0 

G90G92A0 

N111G91G1Z-[#111+#132]Y-#111F#138

N112M98P9102L#7

M80

N118IF[#1132EQ#130]GOTO200 

N120#1132=12 

#180=0 

G90G92A0 

N121G91G1Z-[#112+#132]Y-#112F#138

N122M98P9102L#7

M80

N128IF[#1132EQ#130]GOTO200 

N130#1132=13 

#180=0 

G90G92A0 

N131G91G1Z-[#113+#132]Y-#113F#138

N132M98P9102L#7

M80

N138IF[#1132EQ#130]GOTO200 

N140#1132=14 

#180=0 

G90G92A0 

N141G91G1Z-[#114+#132]Y-#114F#138

N142M98P9102L#7

M80

N148IF[#1132EQ#130]GOTO200!! 

N150#1132=15 

180=0

G90G92A0 

N151G91G1Z-[#115+#132]Y-#115F#138

N152M98P9102L#7

M80

N158IF[#1132EQ#130]GOTO200 

N200IF[#134EQ0]GOTO500 

#1133=1#1132=257 

#180=0 

G90G92A0 

N210G91G1Z-[#116+#132]Y-#116F#138

N212M98P9002L#9

M80

N218IF[#1133EQ#134]GOTO500 

N220#1133=2#1132=258 

#180=0 

G90G92A0 

N221G91G1Z-[#117+#132]Y-#117F#138

N222M98P9002L#9

M80

N228IF[#1133EQ#134]GOTO500 

N230#1133=3#1132=259 

#180=0 

G90G92A0 

N231G91G1Z-[#118+#132]Y-#118F#138

N232M98P9002L#9

M80

N238IF[#1133EQ#134]GOTO500 

N240#1133=4#1132=260 

#180=0 

G90G92A0 

N241G91G1Z-[#119+#132]Y-#119F#138

N242M98P9002L#9

M80

N248IF[#1133EQ#134]GOTO500 

N250#1133=5#1132=261 

#180=0 

G90G92A0 

N251G91G1Z-[#120+#132]Y-#120F#138

N252M98P9002L#9

M80

N258IF[#1133EQ#134]GOTO500 

N500G90G0X#123 

N510M5 

N520M9 

N530M30

 在主程序中，调用了两个循环磨屑的子程序，子程序号为9002和9102。子程序主要是用来传递加工参数。子程序具有通用性，不同的产品只需修改机床加工参数就可进行加工。

O9102((ZI)CU.TU.MO      )  //子程序

#12=#140*1/9

#13=#140*4/9

N10G91G1Z#100F100

N15G90G1X#123F4000 

G90G1X[#128-100]F4000

N16M10 

N20G90G1X#128F2000 

N21G90G01X[#128-100]F2000

N22M11 

N25G90G1X#123F4000

N26G90G1X#124F2000

N28G91G01Z#142X-#13F3000 

X-#12

X-#13Z-#142

N29G90G01X#129F2000

N30M20

#180=#180+1  

#125=360*#180/#127

N32G90G1A#125F200 

N40G91G01X20.F2000 

N41G91G01Z#142X#13F3000

X#12 

X#13Z-#142

N50G90G1X#123F3000 

N51M20

#180=#180+1  

#125=360*#180/#127

N55G90G1A#125F200

N60M99

5、结束语

本次改造从电气和机械两个方面着手，利用当前先进的数控技术，结合工艺要求，利用人机界面，操作人员只需输入产品外形尺寸，就能够极大的满足不同规格的产品加工需求。不仅提高了生产效率，也保证了加工精度。