基于一体机的焊后精磨在线检测系统设计

基于一体机的焊后精磨在线检测系统设计

王丹蒙 李斯 孙嘉阳

徐州徐工液压件有限公司

摘要：磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类， 主要类型有外圆磨床、内圆磨床、平面磨 床、无心磨床、工具磨床等。外圆磨床是使用最广泛的，能加工各种圆柱形和圆锥形外表面及轴肩端面的磨床。公司产品大量使用各类磨床，由于大部分机床年限较长，自动化程度较低，没有现成的数据采集检测系统。为了给生产工艺提供数据支撑，选用了基于焊接一体机的PLC和触摸屏的数据在线采集系统，该方案选型合理、功能完备并且冗余了升级空间，对实现磨辊车间智能化、信息化以及对企业推进智能制造具有重要意义。

关键字： 磁栅尺测量  PLC控制  焊后精磨

1.概述

磨床属于数控机床，在工程机械生产企业中应用广泛，是油缸企业生产制造的基本单元，也是生产制造的重要信息源。磨床在使用过程中由于精度进给参数不准确，会造成活塞杆焊后精磨和人工的消耗较大，粗糙度不好控制。所以进行改进。通过改进精度测算磨床左右行程速度，工件转速，吃给量，有数据依靠，更容易控制粗糙度。

本文所设计的磨床测速系统主要由以下4个系统组成：行走速度测量由拉线传感器采集（精度0.1mm），旋转速度测量系统由旋转编码器或者读取变频器参数获得（精度1rad/m），磨头进给量由磁栅尺测量(精度0.02mm)，系统采集与显示由7寸一体机构成 。通过“电源开/关”切换系统电源，系统启动后，主画面由以下4部分构成，画面实时显示当前3大数据，并可以进行参数设置和进入数据报表系统。通过3大参数系统可以通过“修正系数”进行调整，3组参数分别可以设置下限，设置好下限后，系统检测到3组参数均大于下限自动记录数据；3组参数上限设置后，参数超出设定值，系统声光报警。

磨床设备通过统一监测控制和数据集中采集处理分析，能够完成制造过程的数据信息传递，打通数控磨床间的数据交互环节，并能与上层制造管理系统良好对接，优化生产流程以提高整体效率，使生产信息在设备与设备、设备与人、设备与上层管理系统之间自由流通。目前，工程机械行业正大力推进智慧制造、远程集控、远程运维等 ，磨床数据采集和故障诊断系统的开发研究对企业的升级转型有着重要意义。

2. 系统硬件设计

2.1磨床主要工作原理

卧轴的矩台平面磨床结构，床身用于安装立柱、工作台、液压系统等；砂轮安装在砂轮架上，由电动机带动高速旋转；滑座用于安装砂轮架；工作台由液压驱动，液压系统由油泵、油缸、电磁阀、压力表、压力继电器。平面磨磨削加工过程是：工件由磁台吸住或夹持在工作台上，工作台作纵向往复运动，砂轮架沿滑座的燕尾导轨作横向间歇进给运动，滑座可沿立柱的导轨作垂直间歇进给运动，用砂轮周边磨削工件。矩形磁台安装在工作台上。

平面磨床控制系统硬件组成主要包括触摸屏、PLC、交流伺服驱动器、电子手轮、光栅尺、伺服电机。机床还包括静压液压电机、水泵电机、电磁阀等用于工作环境建立的部件。

2.2数据在线采集系统设计

所生产的各类型油缸活塞杆需要进行焊后精磨，工艺要求很高。磨床性能的好坏直接关系到油缸活塞杆的质量和使用寿命。对生产过程中的磨床行走速度砂轮进给量，旋转速度这三项重要工艺参数进行实时检测和记录，现场安装了相应的传感器和采集控制系统，实现了数据的实时采集检测和记录。

2.2.1机床进给量-磁栅尺的选型

自对准增量式信号磁栅尺磁极距为2+2 mm的磁栅尺。此传感器特别适用于磨床应用，读头由带弹簧系统的自对准和自清洗滑轨引导。分辨率可达1 µm，重复性±1增量。准度等级±15 μm。通过磨床头架下端两侧零点磁极条设置零参考点，在整个测量长度上每10 mm设定一个参考点。

2.2.2机床行走速度-拉绳传感器的选型

拉绳位移传感器又称拉绳传感器、拉绳电子尺、拉绳编码器。拉绳位移传感器是直线位移传感器在结构上的精巧构成，充分结合了角度传感器和直线位移传感器的优点，成为一款安装尺寸小、结构紧凑、测量行程大、精度高的传感器，行程从几百毫米至几十米不等。

操作上，拉绳式位移传感器安装在固定位置上，拉绳缚在移动物体上。拉绳直线运动和移动物体运动轴线对准。运动发生时，拉绳伸展和收缩。一个内部弹簧保证拉绳的张紧度不变。带螺纹的轮毂带动精密旋转感应器旋转，输出一个与拉绳移动距离成比例的电信号。测量输出信号可以得出运动物体的位移、方向或速率。

2.2.3机床旋转速度-变频器模拟量采集

立式端面磨床机床通常设计用于磨削加工，需要适当制造的砂轮。另一方面，使用下砂轮对各种类型的高合金和高强度工件进行表面磨削时，需要非常低的砂轮速度，大约为 3,000 至 4,000 fpm速度作为最大限度减少热量产生的一种手段，此外，会有某些类型的材料和工件对热量特别敏感。砂轮速度取决于磨削操作的类型，例如外部或内部磨削或切断操作。工作转速取决于工作类型、磨削类型和所需的光洁度。

2.3采集与控制器一体机的选型

在制造工厂自动化车间里，灵活的人机操作界面体验感越来越得到重视。电容触摸工控一体机具备显示、交互功能，也应满足数采、控制、组网、应用软件开发技术支持。通过工控一体机统一的物联网连接管理平台，对终端设备、传感器等进行有效管理与远程控制，并将采集到的数据信息、设备运行状态等实时显示出来，为各类生产设备的高效率使用提供保障。 工控一体机拥有纯平面的产品结构，配以性能卓越的触控效果，能快速完成信息的查询和展示，真正做到简单使用的人机交互。实现工厂的全面可视化、自动化管理，最终达到提高效率、降低成本及提高产品质量的目标。 工控一体机广泛应用于智慧产线、智能车间、数控机床、工业机器人、生产可视化、工业大数据收集、机器视觉检测、电气控制等各个生产领域，持续助力万物互联的智能生态系统构建。

3.软件系统设计

3.1 PLC程序设计

HP070 提供 2 路高速计数器，编号 HSC0、HSC1，高速计数器支持多种模式，可以进行单相、双相（Up/Down）、AB 相（1 倍频和 4 倍频）等计数。各系列 CPU 最高计数频率如下高速计数器的输入信号包括如下几种：时钟（即输入脉冲）、方向、启动和复位信号。

在不同的工作模式下，所需要的输入信号也有所不同。下面各表详细描述了各个高速计数器所支持的工作模式及其输入信号的分配。

3.2 触摸屏程序设计

通过“电源开/关”切换系统电源，系统启动后，主画面由以下4部分构成，画面实时显示当前3大数据，并可以进行参数设置和进入数据报表系统。

三大参数系统可以通过“修正系数”进行调整，3组参数分别可以设置下限，设置好下限后，系统检测到3组参数均大于下限自动记录数据；3组参数上限设置后，参数超出设定值，系统声光报警。

砂轮进给后，按下“系统启/停”按钮，当前磨头进给值归零，以此为参照，实时记录数据，输出查询当前天数，可以调出历史数据信息（数据信息循环覆盖，最大存储65530条）。

4.总结

经设计、安装和调试，该控制系统在使用中得到验证，在设备运行中以数值的变化，观察到当前进给的位置，能够可靠控制粗糙度，同时带来了一定的经济效益。触摸屏加PLC控制的一体机开放式控制系统因其操作灵活、精度高、扩展功能和二次开发功能强，越来越多的应用于自动化行业。在精度高，功能相对简单焊后机加工领域也将会扩大应用。

参考文献：

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