PLC在一维力解耦砂带磨削机床中的应用

0 引言

　　砂带磨削是根据工件形状，用相应的接触方式及高速运动的砂带对工件表面进行磨削和抛光的一种新工艺，并有“万能磨削”之称，它不仅能加工其他加工方法难于加工或不能加工的材料，而且还能加工复杂几何形状工件(航空叶片、汽轮机叶片、高档水龙头等)。机器人修形磨削加工(conformance grinding)是指采用机器人磨削系统对复杂曲面工件进行砂带磨削加工使之达到设计尺寸公差和表面质量的一种精加工方法。对于航空叶片的修形磨削加工，要求在磨削过程中精确的控制磨削量，而影响磨削量的主要因素包括：磨削力大小、工件的进给速度、磨削速度、砂带类型等，因此要求砂带磨削机床应具备如下两个条件：

　　1)砂带磨削机床精确控制磨削力

　　2)尽量减轻砂带磨床浮动部分的重量，提高砂带磨削系统对磨削力的响应速度。为此，设计了一维力解耦砂带磨削机床(以下简称力解耦砂带磨削机床)。

　　本力解耦砂带磨削机床的主控单元采用西门子S7-226PLC，人机界面(HMI)为西门子的TD400C。S7-200PLC是西门子小型整体式PLC系列的可编程控制器，它适用于各领域中的检测、监测、及控制的自动化应用。本系统采用的S7-226PLC(DC/DC/DC)具有24点输入/16点输出共40个数字量I/O点。S7-226PLC的通讯方式有PPI通信协议、MPl通讯协议和自由方式通讯协议，便于和机器人控制器通讯。人机界面(HMI)TD400C通过RS485与PLC通讯，能实时共享更改PLC的数据单元，组成了现场实时控制系统。

1 力解耦砂带磨削机床机械设计原理

　　力解耦砂带磨削机床机械总体图，如图1所示，其机构简图，如图2所示。该磨削机床主要由导轨滑块、接触轮、调偏轮、张紧轮、余轮、驱动轮、三相电机、张紧气缸以及力反馈气缸等组成。由于该磨削机所需驱动电机的功率比较大，因此电机比较重。为了减小浮动部分的重量，以提高力解耦砂带磨削机床对磨削力变化响应的速度，所以将三相变频电机固定在机架上。在力解耦砂带磨削机床设计过程中，与驱动轮连接的砂带的张紧力方向尽量与导轨方向垂直，通过计算此张紧力在导轨方向的分离可以忽略不记，实现了砂的外张紧力与水平方向的磨削力解耦。

图1一维力解耦砂带磨削机床机械总体图

图2一维力解耦砂带磨削机床机构简图

图2一维力解耦砂带磨削机床机构简图图2一维力解耦砂带磨削机床机构简图  2 力解耦砂带磨削机床控制系统硬件设计

　　以S7—226PLC为主控单元的控制系统结构图，如图3所示。该系统有四部分组成：人机界面(HMI)，PLC与机器人的通讯，砂带线速度的控制以及通过比例阀和低摩擦系数气缸组成的磨削力控制等组成。

图3控制系统的结构框图 

　　1)人机界面(HMI)：S7-226PLC有两个485串口，Portl与人机界面(HMI)TD400C通讯，双方都支持PPI协议。TD400C设备是一种低成本的人机界面(HMI)，使用STEP 7-Micro/WIN的文本显示向导来组态TD400C设备，为TD400C设备创建画面和报警。可以使用TD400C设备键盘上的按钮来浏览这些画面和菜单。文本显示向导会创建参数块，在其中存储TD400C设备的组态、画面和报警。S7-200 CPU将该参数块存储在V存储区中。通过TD400C键盘可设置砂带的线速度和磨削力的大小，并可显示砂带的线速度和磨削力的大小。