1  引言
        威海華東數(shù)控股份有限公司是2002年3月在威海機(jī)床廠有限公司的基礎(chǔ)上經(jīng)過資產(chǎn)重組，與山東省高新技術(shù)投資有限公司共同投資創(chuàng)辦的山東省高新技術(shù)企業(yè)。公司主導(dǎo)產(chǎn)品：龍門加工中心，龍門導(dǎo)軌磨床，立式、臥式加工中心，數(shù)控車床、平面磨床、外圓磨床、萬能搖臂銑床、數(shù)控系統(tǒng)、磁電式編碼器等產(chǎn)品。
        其中程控龍門導(dǎo)軌磨床是專門磨削中，大型工件，特別適合于機(jī)械加工廠、量磨具廠及汽車行業(yè)，在配置砂輪角度修整器后，特別適用于機(jī)床行業(yè)磨削各種導(dǎo)軌。工件可直接固定在工作臺面上或電磁吸盤上。本機(jī)床采用龍門式布局，由雙立柱、橫梁及床身組成封閉剛性框架結(jié)構(gòu)，工作臺縱向運(yùn)動由雙出桿油缸驅(qū)動，適用比例流量閥遠(yuǎn)程無極調(diào)速；橫梁上有兩個(gè)橫向拖板，可沿橫梁作橫向運(yùn)動，它采用交流伺服電機(jī)經(jīng)齒型帶減速驅(qū)動滾珠絲桿，由plc控制實(shí)現(xiàn)橫向定距磨削、間歇進(jìn)給、進(jìn)給調(diào)速等功能，并采用電子手輪實(shí)現(xiàn)對刀及微量進(jìn)給功能。垂直滑板可沿橫向滑板上的導(dǎo)軌作垂直運(yùn)動，其采用交流伺服電機(jī)經(jīng)行星齒輪減速驅(qū)動滾珠絲桿由plc控制實(shí)現(xiàn)橫向定距磨削、間歇進(jìn)給、進(jìn)給調(diào)速等功能，并采用電子手輪實(shí)現(xiàn)對刀及微量進(jìn)給功能。左右磨頭采用變頻驅(qū)動。磨頭橫向、垂直方向，工作臺可利用面板操作任意設(shè)定行程距離，免除傳統(tǒng)機(jī)型人工調(diào)整行程檔鐵的不便，提高生產(chǎn)效率。

2  簡要工藝
        加工過程為：使用臥磨頭磨削平面，在工作臺上固定好工件以后，開動液壓站，根據(jù)工件的長度（縱向）設(shè)定工作臺往復(fù)運(yùn)動的行程，然后再進(jìn)行橫向行程的設(shè)定，加工范圍設(shè)定好后，即可對刀磨削。手動操作磨削：開液壓站，工作臺在液壓缸的驅(qū)動下進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動，面板上電位器控制其運(yùn)動速度，垂直進(jìn)給選用手動模式，橫向進(jìn)給選擇進(jìn)給模式，間歇進(jìn)給時(shí)，在工作臺換向的同時(shí)，磨頭橫向進(jìn)給一定長度（進(jìn)給量由波段開關(guān)控制），用手輪控制磨頭上下進(jìn)刀，簡便安全。
      本機(jī)還配備自動定尺寸磨削功能，通過觸摸屏設(shè)置粗磨進(jìn)刀量，粗磨次數(shù)，精磨次數(shù)等參數(shù)，可進(jìn)行全自動平面磨削達(dá)到所設(shè)定尺寸并實(shí)現(xiàn)零磨削后，工作臺自動停止與左端，砂輪可上升至定點(diǎn)油壓電機(jī)電源立即自動關(guān)閉，使磨削更趨于自動化。設(shè)備外觀如圖1所示。

圖1  設(shè)備外觀

3  控制系統(tǒng)構(gòu)成
3.1 電氣系統(tǒng)的布局
        電氣控制系統(tǒng)包括：液壓傳動部分，伺服傳動部分，數(shù)據(jù)檢測部分，plc模塊控制器部分，觸摸屏部分。都集中在電氣控制柜，其采用獨(dú)立的控制柜，其內(nèi)部將機(jī)床的程控系統(tǒng)，伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)，斷路器，接觸器，繼電器等控制元器件集中布置，電器柜全封閉防護(hù)，并配有空調(diào)時(shí)溫度控制裝置，使得系統(tǒng)在良好的工作環(huán)境運(yùn)行，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
3.2 設(shè)計(jì)方案分析
        項(xiàng)目最初考慮過3個(gè)技術(shù)設(shè)計(jì)方案。
        （1）  方案1
        cpu226 cn用通訊模式控制三菱伺服進(jìn)給，但功能模式切換復(fù)雜，通訊處理時(shí)間長，反應(yīng)緩慢，實(shí)效差，嚴(yán)重影響操作加工，不予考慮。
        （2）   方案2
        施耐德plc+驅(qū)動 此產(chǎn)品必須配合使用，但施耐德伺服電機(jī)慣量太低，造成機(jī)床震動，不予考慮。 
        （3） 方案3
         西門子cpu226 cn+安川伺服 即本系統(tǒng)，具體考慮如下文。
        plc是本機(jī)床控制功能的核心，必須具有4路高速計(jì)數(shù)器（左橫向定距，右垂直定距，工作臺定距，電子手輪ab相脈沖計(jì)數(shù)）；同時(shí)具備2路伺服驅(qū)動微量進(jìn)給控制的高速脈沖功能；系統(tǒng)的人機(jī)界面采用西門子專為s7-200開發(fā)的帶功能按鍵的觸摸屏k-tp178micro
        支持s7-200系統(tǒng)的多主站連接友好的操作界面：觸摸屏+按鍵。
        快速的系統(tǒng)啟動時(shí)間和操作響應(yīng)時(shí)間特別適合車間磨床的實(shí)際生產(chǎn)加工要求，機(jī)械加工現(xiàn)場的惡劣環(huán)境以及超大存儲空間，觸摸聲音反饋，硬件設(shè)計(jì)全面更新，無與倫比的高可靠性，更高的魯棒性，防沖擊和震動，并能防水耐臟，采用32位arm7處理器，性能優(yōu)異，集成的lcd控制器，消除了cpu和lcd控制器的之間的傳輸瓶頸。
        配置軟件：wincc flexible，編程靈活快捷與龍門磨床的控制工藝要求及環(huán)境要求完全吻合；而且符合中國用戶使用習(xí)慣 。選定的西門子硬件配置見附表。
     系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示

圖2  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4  控制系統(tǒng)功能及要點(diǎn)
        程控龍門磨床與傳統(tǒng)普通磨床比較，優(yōu)勢在于自動化程度大大的提高，很大程度上節(jié)省人力，提高了操作安全系數(shù)，而且成本不是很高，在價(jià)格上由很大優(yōu)勢。下面說明幾個(gè)重要的功能：
4.1 定距設(shè)置
        進(jìn)行磨削時(shí)，工作臺的來回運(yùn)動行程由安裝在其底部的齒條帶動編碼器發(fā)ab相正交脈沖紀(jì)錄。通過觸摸屏k-tp178micro設(shè)置定距的起點(diǎn)與重點(diǎn)，由于液壓傳動存在緩沖，只有靠提前換向來“抵消”緩沖量，長度根據(jù)緩沖量在屏里設(shè)定。編程思路如圖3示。左橫向與右垂直定距原理與此相同。

4.2 手動進(jìn)刀
        處理的重點(diǎn)在于手輪進(jìn)給的隨動性，精確性，根據(jù)手輪進(jìn)給的功能特點(diǎn)，模式選擇掰到手動時(shí)，搖動手輪相應(yīng)的軸觸發(fā)進(jìn)給，有×1，×10兩檔，每格進(jìn)給5μm，50μm；并且必須保證每次搖手輪磨頭都能夠進(jìn)刀，而且隨動性能要好，堅(jiān)決不能有脈沖累計(jì)現(xiàn)象，以免撞碎砂輪發(fā)生故障。這就對控制程序提出了嚴(yán)格的要求：手輪脈沖輸入——程序處理——高速脈沖輸出。
        首先考慮輸入環(huán)節(jié)，高速計(jì)數(shù)器的特性是用于對s7-200掃描速率無法控制的高速事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，完全符合我們的控制需要，很好的解決了搖手輪事件的突發(fā)性，而且準(zhǔn)確的紀(jì)錄；
        其次，把接收到的脈沖準(zhǔn)確的反映到相應(yīng)的高速脈沖輸出。處理環(huán)節(jié)，首先考慮采用中斷，但是中斷程序要求是短小而簡單，執(zhí)行時(shí)對其他的處理也不要延時(shí)過長意外的條件可能會引起主程序控制的設(shè)備的操作異常，而本處理需要提前清空高速計(jì)數(shù)，再計(jì)數(shù)賦值給高速脈沖口，后還要再次清除高速計(jì)數(shù)器，過程相對復(fù)雜，處理時(shí)間較長所以不考慮。項(xiàng)目采用的是sm0.6掃描時(shí)鐘“間歇”處理上述過程完全可以勝任。
4.3 自動磨削
        整個(gè)工序是以時(shí)間為基礎(chǔ)，充分的利用了s7-200中子程序的模塊功能，在各種檢測輸入與強(qiáng)大的功能指令結(jié)合嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目刂七壿?，最終完成所需的工藝與安全功能。時(shí)序如圖4所示

圖4  自動磨削時(shí)序

5  結(jié)束語
        本公司自03年生產(chǎn)程控龍門磨床，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)改進(jìn)，充分發(fā)揮了s7-200（05年后使用cpu226 cn）優(yōu)異性能，即系統(tǒng)緊湊，可靠，功能強(qiáng)大（多路高速計(jì)數(shù)器），成本低廉，憑借人際交互界面的友好，與系統(tǒng)的操作簡單，控制可靠，控制精度高，性能價(jià)格比較高等優(yōu)點(diǎn)。豐富的報(bào)警顯示功能，幫助維修人員準(zhǔn)確查找故障根源，提供了重要信息，極大的提高了機(jī)床維修的快速性與可靠性， 滿足了用戶的需求，得到用戶的好評，打開了一定的市場，為我廠取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。