引言：近年來，隨著高精產(chǎn)品特別是制冷、汽車、液壓、氣動、電子元件等行業(yè)的不斷發(fā)展，對產(chǎn)品平面的加工精度、尺寸一致性、加工效率等要求越來越高。為此我們開發(fā)了一種帶自動測量及上下料裝置的高效平面研磨的專用機(jī)床－精密雙面研磨床，用于批量零件的研磨，適用于鋼、鑄鐵、銅、硬質(zhì)合金、陶瓷、單晶硅等的雙面加工。
一、 工藝簡介
雙面研磨機(jī)主加工是將工件放在行星輪內(nèi)由中心輪帶動作圓周運(yùn)動，上、下研磨盤旋轉(zhuǎn)磨削加工，其中研磨不同材料和形狀工件所需的工藝轉(zhuǎn)速不同。中心輪的旋轉(zhuǎn)既要為驅(qū)動提供動力，又要能實(shí)現(xiàn)帶動載盤定位以便于上下料。而伺服系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)，可以非常靈活方便地控制，驅(qū)動裝置輸出的力矩、速度和位置。為此我們選擇上、下研磨盤的旋轉(zhuǎn)由變頻器驅(qū)動，中心輪則由三菱MR-J3S-200A控制中慣量伺服電機(jī)HF-SP-202與SEW減速機(jī)聯(lián)接，為負(fù)載提供驅(qū)動。
二、 控制設(shè)計(jì)
三菱通用伺服MELSERVO-J3是在MELSERVO-J2-Super系列的基礎(chǔ)上開發(fā)的性能更高、功能更豐富的交流伺服。控制模式可以分為位置、速度、轉(zhuǎn)矩三種模式，也可以選擇位置/速度、速度/轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩/位置切換控制。三菱伺服可以實(shí)現(xiàn)高精度定位和平滑的速度控制，實(shí)時的自動調(diào)整功能可以根據(jù)機(jī)械自動調(diào)整伺服的增益。J3系列伺服電機(jī)采用了分辨率為262144脈沖/轉(zhuǎn)的絕對位置編碼器，與J2系列相比可以進(jìn)行更高精度的控制。
在本機(jī)中我們采用位置/速度切換模式，LOP為0時為位置模式控制，為1時為速度模式控制，外部線路由繼電器KA2控制。正常加工時我們用速度模式，通過SP1、SP2的狀態(tài)切可以換成不同的速度控制，為隨時快速調(diào)定所需的轉(zhuǎn)速，采用電位器無級調(diào)速，轉(zhuǎn)速由數(shù)顯表顯示。在上、下料時使用位置控制模式，在觸摸屏上設(shè)定相應(yīng)“載盤數(shù)目”，由定位程序完成所需旋轉(zhuǎn)角度。依次將所有載盤推入或托出即可，這樣方便快捷地完成了上下料，節(jié)約了大量時間，提高了效率。因本機(jī)中有四種操作模式，各模式下中心輪的旋向又均需獨(dú)立控制，所以由PLC控制ST1、ST2正反轉(zhuǎn)啟動。
伺服部分線路圖如下：
其中KA1、KA2、KA9、KA10、KA21、KA22分別由PLC的輸出點(diǎn)控制，X04、X12則接于PLC的輸入點(diǎn)上作為運(yùn)行的判定條件。
三、 伺服調(diào)試
在確保整個系統(tǒng)的機(jī)械安裝和電器的正確連接完畢后，通過試運(yùn)行模式的JOG運(yùn)行進(jìn)行試運(yùn)行。
三菱J3伺服放大器共有四組參數(shù)，PA組為基本設(shè)定參數(shù)；PB組為增益、濾波器參數(shù)設(shè)定組；PC組為擴(kuò)展設(shè)定參數(shù)組，可以對加減速時間，內(nèi)部速度，模擬速度指令最大轉(zhuǎn)速，模擬量監(jiān)視輸出等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定；PD組為對輸入輸出進(jìn)行設(shè)定的參數(shù)組，可以將伺服ON、正反轉(zhuǎn)行程末端直接進(jìn)行定義，無需外部接線；PC、PD兩組參數(shù)按伺服運(yùn)轉(zhuǎn)所需進(jìn)行設(shè)定即可。
針對本機(jī)我們重點(diǎn)對PA、PB兩組參數(shù)設(shè)定如下。
PA01控制模式設(shè)為1，速度/位置轉(zhuǎn)換模式；PA06、PA07電子齒輪比與定位模塊相結(jié)合，計(jì)算出實(shí)現(xiàn)機(jī)床定位運(yùn)轉(zhuǎn)角度所需的最佳比值。因J3系列三菱伺服放大器較J2-Super系列增加了實(shí)時自動調(diào)整功能，能實(shí)時推斷機(jī)械的負(fù)載慣量比，自動設(shè)定最優(yōu)的增益。所以我們采用自動調(diào)整模式，將PA08設(shè)為0001，選擇自動增益調(diào)整模式1。系統(tǒng)將自動設(shè)定PB06 負(fù)載和伺服伺服電機(jī)的慣量比；PB07模型環(huán)增益，設(shè)定到目標(biāo)位置的響應(yīng)增益；PB08位置環(huán)增益，主要控制負(fù)載變化的位置響應(yīng)性；PB09速度環(huán)增益，主要控制低剛性、回差大的機(jī)械發(fā)生振動時的設(shè)定；PB10速度積分補(bǔ)償，控制伺服電機(jī)、機(jī)構(gòu)的固定偏差和整個機(jī)構(gòu)的抖動。如果機(jī)械發(fā)生振動，齒輪聲音很大時可以調(diào)整自動調(diào)諧響應(yīng)性PA09。另外我們將PB01設(shè)為1濾波器調(diào)諧模式時，PB13機(jī)械共振抑制濾波器1和PB14陷波形狀設(shè)定值將自動變更，而PB01將在經(jīng)過一定次數(shù)的定位調(diào)諧完成后會自動變?yōu)镻B02手動模式。
通過四組參數(shù)的設(shè)定和運(yùn)轉(zhuǎn)，就基本完成了對伺服系統(tǒng)的調(diào)試。
我們也可以通過伺服設(shè)置軟件SETUP221E對伺服放大器進(jìn)行手動調(diào)整。軟件中通過機(jī)械分析器可以得到機(jī)械的共振頻率及自動設(shè)定最優(yōu)的增益值；通過增益搜索能自動在最短時間內(nèi)進(jìn)行定位整定的增益；通過機(jī)械模擬來對增益調(diào)整和指令形式進(jìn)行最優(yōu)化；將以上所測得的數(shù)據(jù)寫入伺服放大器中運(yùn)行即可。這種方式雖然更精確，但較自動調(diào)試要費(fèi)時費(fèi)力，所以在能保證運(yùn)行平滑穩(wěn)定，無振動的情況下，我們用自動調(diào)整即可。
四、結(jié)束語
由三菱伺服控制的精密研磨機(jī)是一種具有廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的正在不斷完善的高新技術(shù)機(jī)械設(shè)備。隨著市場競爭的日趨激烈，該設(shè)備將會替代進(jìn)口設(shè)備，被越來越多的企業(yè)所應(yīng)用，并將給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
