罗升电气产品在八工位回转组合钻床上的应用

　　引言：随着柴油发动机的应用越来越广泛，尤其在汽车业有逐渐取代汽油机的趋势，作为该发动机组成之一的喷油嘴，虽然只是很小的部件，但是却决定着发动机的燃烧质量及效率，由于喷油嘴属于易耗品，一般2000小时就必须更换，否则会影响发动机的寿命。据权威资料统计，目前国内每年仅备件需求量就达到5千万副，预计到2010年，国内年需求量将达到8千万副，这个数字仅仅是备件的需求，尚不包括发动机整机的配套，而目前这个整机市场的喷油嘴配套基本上被国外产品垄断，面对这个庞大的市场，目前国内基本上是采用通用机床加工的方法，其结果自然是效率低，成品率低，而国外专用设备70万美金的价格又让人望而却步。因此本文的八工位回转组合钻床及下一篇的六工位回转组合磨床就是为解决喷油嘴粗、精加工而开发的专用设备，机械部分由哈尔滨方正精密配件公司设计制造，电气控制部分由罗升企业有限公司提供并开发完成。

一、设备功能简介：
　　本设备主要用于喷油嘴粗加工的钻孔工序，实物见图一，本机主要是通过转台的转动带动工件转换工位、通过液压马达带动工件旋转、变频电机带动枪钻高速旋转，由伺服电机控制钻孔深度和进给量。具体工作步骤为工件由Ⅷ工位上料，通过转台转动将工件由Ⅰ工位转到Ⅶ工位，并在每个工位由外圈的伺服电机控制枪钻的进给来完成钻孔工作，然后再转到Ⅷ工位完成卸工件、上料动作。这样伴随着转台的每一次升起、转位、落下就会有一个加工完的零件产生。（参见图二：设备简图，设备外观图三）




二、硬件配置
1、 HITECH人机界面：PWS3261-TFT*1PCS（罗升）
2、 YOKOGAWA PLC（罗升）
1） 电源模块：F3PU20-ON*1PCS
2） 基板： F3BU09-ON*1PCS
3） CPU模块：F3SP28-OS*1PCS
4） 位控模块：F3NC34-ON/L2*2PCS
5） 输入模块：F3XD16-3F*1PCS
6） 输出模块：F3YD14-5A*1PCS
7） 通讯模块：F3L11LC-2N*2PCS
3、 ELMO精密伺服（罗升）
1） 驱动器：BAS-5/230*7PCS
2） 电机： SB04ADK*7PCS（包含全套线缆）

4、台达变频器：VFD022B21A*3PCS（和人机有通讯要求）

三：产品用途
1、 本设备充分利用HITECH人机ADP6软件的双口双驱动功能，分别与横河PLC、变频器通讯；
2、 横河PLC 2个高速、高精定位模块F3NC34对七个ELMO伺服进行定位控制。
3、 横河PLC输入、输出模块各一进行逻辑控制。
4、 横河PLC另一个输出模块主要是控制伺服回原点、找Z相。（由于ELMO伺服编码器为增量式的，因此通过ELMO伺服编写回零程序来找Z相）
5、 七颗ELMO伺服分别连接导程5的滚珠丝杠控制七台变频电机的进给，实现控制钻孔深度。
6、 变频器控制变频电机、从而控制枪钻的转速、最高输出频率达到：140HZ；转速：8400r/min

四：应用效果：
1、 本机是透过人机界面与PLC、变频器的通讯进行控制的，由于人机界面比较直观、易操作，因此对于操作工人的技术水平来说要求不高。
2、 从系统配置上看，本机床核心电气控制部分全部采用进口设备，核心控制器(PLC)采用罗升横河系列，伺服电机采用具有军工及航天品质等级的罗升ELMO伺服驱动系统，人机界面(HMI)采用具有15年研发、生产经验的台湾泉毅电子(HITECH)的产品，上述三家世界级控制驱动产品的强强整合，再加上罗升的完美整合，从而保证了该设备的高可靠性、高稳定性！
3、 由于本设备采用通用工控、运动控制产品实现了专用机床的功能，因此从成本上来说比采用多轴数控系统节省了将近一半的费用，这也是生产厂家所看重的原因之一。
4、 最主要的就是精度控制，从客户反馈来看，本机床单件钻孔精度达到0.01mm，而对于采用通用设备加工的工件，0.05mm的精度都很难保证，因此本设备对于批量生产来说，尺寸精度分散很小，完全符合统计学的正态分布原理，在保证整批零件的合格性上是人工操作及其它半自动化设备所无法企及的。
5、 由于本设备是采用一次装夹，通过转台转位加工完成的，经过计算平均25秒钟左右，就会完成一次加工，这样
一天如果按照8小时工作时间计算的话，产量可以达到1000件，这个数字是其它半自动设备的3-4倍。
综合上述：操作简便、高可靠性、高稳定性、高效率、高精度是本机的最大特点。

五：此方案的优越性：
1、操作简单：此前客户的同类型的设备已有一台，采用G语言编程，因此对操作者水平要求较高；另外整个系统价格昂贵。通过对设备的了解，罗升采用人机+PLC+位控模块的控制方式，使整个系统操作简单，成本降低，体现了极高的性价比。
2、结构紧凑，节省成本：电气控制产品的精巧设计是设备很重要的一点，罗升横河PLC、400W ELMO驱动器的小巧化设计，令客户无需单独配备独立的电气柜，所有这些电气控制产品全部集中在床身下面的机体内，较之前的配置节省了外部的电气柜，在体现了设备的紧凑性的同时，也节约了成本。

六：案例简析：
　　针对本设备所采用的罗升电气整合产品，人机+横河PLC（位控模块）+ELMO伺服的控制方式，做如下简析。
1、 由于SB04ADK电机是2500线的编码器，在实际应用中通过ELMO软件设置采用4分频技术；这样10000万个脉冲正好转一圈，配合5mm导程的丝杠，由于理论上为+/-1个脉冲的误差，因此理论上控制精度：0.001mm；这个精度对于钻床来说，已经是相当的高了。
2、 通过对ELMO伺服驱动器的设置，将J5端子设置伺服回零以及找Z相的功能，由于ELMO伺服本身是增量式编码器，从编码器本身来说不具备找Z相功能，但是由于ELMO驱动器可以通过软件编程的方式来实现，这也是其它
品牌伺服所不具备的优势。
3、横河PLC位控模块，采用“直接运行”的运行方式的位置控制模式。脉冲输出采用A/B相脉冲输出方式。另外借助横河提供的Toobox软件对位控模块进行数据设定、动作监控，尤其是对于位控模块报错的监控尤为方便。
4、利用横河PLC提供的多种通讯模块，尤其在本机的调试中通过PLC的通讯模块与人机保持通讯状态，同时利用横河PLC CPU本身的通讯口和电脑的RS232串口通讯，实现人机程序的在线模拟功能；同时利用横河以太网模块与电脑的网口相连，实现对程序的上下载及程序监控。上述软、硬件充分保证了调试的顺畅，避免反复插拔通讯线缆的麻烦。这也是横河PLC的一个亮点。
5、充分发挥人机软件的功能，在本程序中人机界面上有关速度、位置的单位都是以mm为单位，对于PLC来说都需要转换成脉冲数，如果采用PLC程序计算的话，不但占用PLC的程序容量，加大PLC扫描时间，更主要的是容易出错，因此在本程序中所有涉及数据计算的都采用数值输入、数值显示里的缩放功能，很好的解决了相关数据的计算问题。另外由于在钻削主画面里，如果在全自动、半自动运行状态下，相应的数值是禁止更改的，为了防止设备运行中的误操作，采用指定生效位功能对相应的数值输入对话框封死。
6、 简单操作介绍：在“原点调试”画面，控制伺服回到零点（包括伺服本身的Z相及机床的接近开关原点）,此时按“设定零点”按钮，然后再按“进给”按钮进行对刀调试，为避免速度过快打刀，在刀尖接近工件时，将速度降低，然后慢进给，使刀尖接触到工件，完成对刀工作。然后切换到“钻削工作主画面”此时根据实际加工的孔深进行“孔深设定”，此时零点-孔深总距离=孔深+对刀距离，然后根据这个距离设定“快进距离”、“快进速度”、“工进距离”、“工进速度”，在这里需要注意的是，快进距离设定要稍微小于对刀距离，为的是避免枪钻快速接近工件而使刀具损坏。全部设定完毕后，按“退回”按钮伺服轴退回原点，然后根据需要按动相应工位的联动键（同时启动变频，钻头开始旋转），然后按“全自动”或“半自动”按钮进行钻孔加工（区别在于全自动状态下，设备将自动连续循环下去，如果需要停下来的话，需事先按“预停”按钮；然后设备在加工完一个循环后自动停下来；而半自动则仅执行完一个循环就停下来）。（具体请参看：原点调试、钻削工作主画面）


　　结束语：本组合机作为柴油机喷油嘴专用加工设备，填补了国内喷油嘴加工设备的空白，应该说随着全民环保意识的增强、欧Ⅲ、欧Ⅳ车辆排放标准的强制执行，对柴油机的要求标准越来越高，而喷油嘴则是影响柴油机燃烧效率及排放质量的关键部件，从客户反馈来看目前该机床已经获得了国内多家喷油嘴生产厂家的青睐，如果说能由此给国内喷油嘴加工设备带来一次创新的话，因为罗升公司的参与合作，也是一次向业界践行罗升公司“引进先进技术、提升制造业水平”的公司使命的最有力地证明。