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1、XA6140铣床进给工作台的伺服改造东风本田汽车零部件有限公司设备科蓝福卫摘要本文主要讲述XA6140铣床进给装置的改造，并且阐述FX费-lPG的基本 原理和安川伺服在改造中的具体应用。关键词PLC位控模块速度控制位置控制一, 序言我公司的机械加工中铣床占有9台之多，由于使用时间相对较长，机械换挡 手柄磨损，离合器容易打滑，铜刷容易磨损。经常造成没有工进，由此引起维修 停工台时长，给生产带来了严重影响。利用YASKAWA （安川）伺服控制器和位控 模块（FX2.-1PG）组成一个控制系统，机床的左右快速运动和工进都由该系统 来完成，从而可以去掉离合器在快速和工进中所承担的中间传递功能，也取消了
2、 变速箱的变速功能。二，机床工作原理XA6140铣床工作台动作过程大体可以分三步，快速进给一工进进给一快速 返回原位。下图为工作台进给的简易传动示意图：图1由图1示，进给运动是由功率为3KW电机驱动，传动路线是V轴一3740 383639，当齿轮36在左边位置时，V轴即直接通过齿轮36和39传动丑 轴，此时齿轮36脱离齿轮38而与离合器35啮合，当左边离合器吸合时，齿轮 39即带动了丑轴，从而是相应的丝杆传动，这就实现了工作台工进动作。当工作台需要快速移动时，此时电机直接经过齿轮18、19、20、21而带动 丑轴，使工作台获得快速进给运动。此次改造的目的是去掉快速电机，不经过系列的齿轮传动，用
3、安川伺服电机 直接带动丑轴，可保证运行的平稳性，同时也给维修工作与备件采购减轻压力， 保证机床更高的加工精度。三，控制系统原理利用位控模块和伺服驱动来控制，工进与快进就可以直接由伺服电机带动 丑轴来完成。要利用丑轴实现快速运动和工进运动，必需有速度控制和位置控制， 单靠先前的快速电机来完成这个动作是无法实现的，所以用了伺服电机作为驱动 装置，用位控模块作为驱动器的控制指令。(1)位控模块(FX 2n -1PG )的参数要求利用MITSUBISHI可编程控制器FX2 -48MT作为顺序控制单元，它与扩展模 块FX2-1PG组成了机床的动作控制部分，在编写PLC程序时，要给该扩展单元 定义控制单元
4、号，本文中只有一个扩展单元，所以定义为K0，在这里主要阐述 位控模块的基本原理，FX2R-1PG作为脉冲发生单元，它可以输出正、反脉冲， 脉冲可以是电流值(至少是20mA)，也可以是电压值(5 to 24V DC)，脉冲输出 格式可以自己选择，在本文中选用的是电流值作为脉冲量。下面介绍缓冲存储器 (BFM )的一些必需设定的参数： BFM#3该参数作为FX2.-1PG的主要参数，占16个字节，参数是以16进制写入 CPU的，读取参数是二进制方式读取，它的功能如下表1：表1b15b14b13b12b10b9b8b5b4b1b0STOPInputmodeSTOP Input polarityCou
5、nt Start timingDOGInput polatityHome Position Return directionRotation directionPulse Output formatPosition Date multiplication 100to103System of units在表1中，忽略了 b2、b3、b6、b7、b11这五个字节的说明，在BFM#3 中没有用上，需要说明的是BFM#3作为一个参数，可以根据自己设计要求来设定， 从表中看出有几个参数是必须设定的，b9:旋转方向，当b9=0时，当前位置值随 着FP (Forward pulse)的产生而增加，当b9=1
6、时，当前位置随着FP (Forward pulse)的产生而减少，通过当前位置值的增加或减少可以实现电机的正反转， 这种改变电机旋转方向的方法也可以在伺服参数中实现。对FX2N -1PG来说，脉冲 串的产生是在参数中给定的脉冲量，其实就是一个常数，该常数存储在固定的数据寄存器中， 对寄存器中数据的读取也是和b9有关系，b9=0时，不读取，当发送前进指令时是按 给定常数的正方向从零开始增加，一直到达给定的脉冲量而结束；b9=1时，一 送电就从数据寄存器中读取该参数，当发送前进指令时按给定的脉冲逐渐减少，一直到当前的位置值为零而结束b10：回原点方向，该参数类似b9，这里不再 赘述，b4和b5可以
7、设定给定脉冲量的倍乘，这两个参数是同时设定的，它们决 定了脉冲量的大小，如果采用的是位置控制模式，在设计时是值得小心的，否则 会造成机床的碰撞，它们的关系如表2：表2b5b4倍率00100011011010211103例如：b5、b4都为“1”时，给定的常数为123,则实际给伺服的脉冲量为 123X 103=123, 000个脉冲当量。在本文中，设定了b13-b0的参数，以二进制的 形式为：10001000001110，换算成16进制是：220E。 BFM#25该参数有13个字节，严格说是联系外部操作的一个参数，它只能接收外部 输入信号，信号是通过自己设计的PLC程序来完成，每个字节的含义如表
8、3：表3b0when b0=1:Error reset（复位）Wb1when b1=0f1： stop （停止）b2when b2=1: Frward pulse stop （前进脉冲停）b3when b3=1: Reverse pulse stop （后退脉冲停）b4when b4=1:JOG+operation （手动正方向）b5when b5=1:JOG-operation （手动负方向）b6when b6=0f1:Home position return star （回原点启动信号）b7when b7=0:Absolute position （绝对位置）；when b7=1:Relat
9、ive position （相对位置）b8when b8=0f1:Single-speed positioning operation star （单速 度定位）b9when b9=0 f1:interrupt single-speed positioning operation star （单一速度中断信号，定位启动开始）b10when b10=0f1:Two-speed positioning operation star （双速度 定位）b11when b11=0f1:Extermal command position operation star （夕卜 部定位操作）b12when b
10、12=1:Variabled operation在本文中，应用到的信号是b2,b3,b4,b5,b6,b7,b10这几个信号，b2,b3作 为正反脉冲的停止信号，它的用途是如果机床在运动过程中b2或b3有输入信号， 机床的运行状态立刻停止；b4,b5只能作为手动方式的上下运动，b6是回原点启 动信号，它不分手动方式还是自动方式，一旦b6有信号输入就可以完成回原点 动作，b7是给控制单元定义是绝对位置还是相对位置。在自动方式下，b8和b10 一样可以实现自动启动信号，不同的是b8作为启动信号时，电机的速度控制是 单一的，如果要改变电机的转速，需要外部信号的输入或者说使其运动的外部状态需要改变，而
11、b10作为启动信号就能实现两个速度的控制，也就是说可以“双 速度定位”，运动过程中速度的变化由给定的参数决定，可以用下面的图1来说 明：中，作为启动开始时的第一运动速度，V(II)参数存储在BFM#23中，作为走 完行程位置P (I)后的第二运动速度，行程位置数据P (I)存储于BFM#17, 行程位置数据P (II)存储于BFM#21，当启动信号(b10=1 )时，电机以第一种 速度(BFM#19中的参数)走行程位置P (I)，之后以第二种速度(BFM#23中 的参数)一直走完BFM#21的参数值。参数具体应用，可以用图3来说明：X000-IHX001 ILX002TLX003-IX004
12、一ILM8000-IHX005M8000TLTOK0K25K4M0K1双速度定位启动、M)前进脉冲停止M3后退脉冲停止MV手动正转_螳)手动反转T、m&回原点t：.m7.)绝对位置/相对位置M8000-IH读出命令和写入命令，读出命令FROM的用法如图4：图4中的命令是从特殊单元K0和BFM#28读出8位数据传送至PC的K2M0,TO K0 K25 K4M0 K1 ”是涉及到位兀件的使用，在 后面的程序编写中阐述。 BFM#28该参数是一个反映位控模块状态信息的参数，它把位控模块的工作过程和状 态变化输出给PLC，应用这些状态信息可以设计自己想要的控制过程，参数的输出状态信息，如下表4：表4b
13、0b0=0BUSY（当有脉冲输出时）；b0=1:READY（准备就绪）b1b1=0反转；b1=1：正转b2b2=0还没有执行回原点；b2=1：回原点已经完成b3b3=0“停止”输入信号OFF； b3=1 “停止”输入信号ONb4b4=0“接近原位”信号OFF； b4=1： “接近原位”信号ONb5b5=0“到原位”信号OFF；b5=1： 到原位”信号ON此参数的输出状态需要使用BFM读出命令,在后面的程序编写中阐述.（2）程序的编写位控模块参数需要PLC运行时开始读取，给缓冲存储器中传送数据用到BFM当X1O=ON时执行读出，在X1O=OFF时不执行传送，先传送的数据不变化，“K2M0” 使用
14、到了位元件，即只处理对象“M”的ON/OFF信息，位数用4单位时，则K1-K4 是16位数据，K1-K8是32位数据，例如图3中的“K2M0”是M0-M7的两位数数 据。BFM#28中b0-b7的状态信息对应地传送给M0-M7,因此在编写程序时如果指 派了 BFM#28的信息，就可以利用M0-M7作为使用对象，至于写入命令，原理和 读出是一样的。四，伺服基本接线方式与参数设定本文采用安川伺服放大器作为驱动装置，工作台的进给运动受加工尺寸限 制，在对伺服参数设定控制方式时，要选择位置控制模式，设计时用派波指令作 为位置指令信号，利用外部+24V电源，连接限制电阻3.3KQ，使输入电流控制 在71
15、0mA，其连接如下：图5伺服主要参数设定如下表:参数号功能设定值Pn0控制模式11Pn100速度回路增益40Pn101速度回路积分时间参数2000Pn102位置回路增益40Pn200位置控制指令选择开关1001Pn300速度指令输入增益600Pn304JOG速度500Pn500定位完成宽度7Pn50A输入信号选择2100通过以上基本参数的设定，对伺服电机进行JOG调试，使电机运行稳定， 再通过上位控制器连接输入派波信号，伺服电机可以按照用户的需求进行速度和 位置的精确运动。五，结束语经过脱机调试完成后，把伺服电机与机床相关部件连接，利用三菱PLC的灵 活性与广泛性，编制机床加工的动作程序，可以对EX/IPG作参数设定和位置 指令的输出控制，实现伺服放大器运行的平稳，满足机械加工的精度要求。利用伺服电机改造机床进给变速机构后，减少了操作者装夹工件的辅助动 作，简化了操作流程，很大程度上提高了生产节拍，同时降低机械传动所产生的 噪音，与同类机床所发生的故障比率降低为零，节省了变速机构备件的日常维修 费用，得到了生产使用部门的一致好评。参考文献1 ，安川E-H系列SGMOH/SGM操作手册上海自动化系统集成有限公司2 ，FX2n系列微型可编程控制器使用手册3 ，FX1PG/FX2n -1PG 用户手册
