羅升電氣產品在八工位回轉組合鉆床上的應用

　　引言：隨著柴油發動機的應用越來越廣泛，尤其在汽車業有逐漸取代汽油機的趨勢，作為該發動機組成之一的噴油嘴，雖然只是很小的部件，但是卻決定著發動機的燃燒質量及效率，由于噴油嘴屬于易耗品，一般2000小時就必須更換，否則會影響發動機的壽命。據權威資料統計，目前國內每年僅備件需求量就達到5千萬副，預計到2010年，國內年需求量將達到8千萬副，這個數字僅僅是備件的需求，尚不包括發動機整機的配套，而目前這個整機市場的噴油嘴配套基本上被國外產品壟斷，面對這個龐大的市場，目前國內基本上是采用通用機床加工的方法，其結果自然是效率低，成品率低，而國外專用設備70萬美金的價格又讓人望而卻步。因此本文的八工位回轉組合鉆床及下一篇的六工位回轉組合磨床就是為解決噴油嘴粗、精加工而開發的專用設備，機械部分由哈爾濱方正精密配件公司設計制造，電氣控制部分由羅升企業有限公司提供并開發完成。

一、設備功能簡介：
　　本設備主要用于噴油嘴粗加工的鉆孔工序，實物見圖一，本機主要是通過轉臺的轉動帶動工件轉換工位、通過液壓馬達帶動工件旋轉、變頻電機帶動槍鉆高速旋轉，由伺服電機控制鉆孔深度和進給量。具體工作步驟為工件由Ⅷ工位上料，通過轉臺轉動將工件由Ⅰ工位轉到Ⅶ工位，并在每個工位由外圈的伺服電機控制槍鉆的進給來完成鉆孔工作，然后再轉到Ⅷ工位完成卸工件、上料動作。這樣伴隨著轉臺的每一次升起、轉位、落下就會有一個加工完的零件產生。（參見圖二：設備簡圖，設備外觀圖三）




二、硬件配置
1、 HITECH人機界面：PWS3261-TFT*1PCS（羅升）
2、 YOKOGAWA PLC（羅升）
1） 電源模塊：F3PU20-ON*1PCS
2） 基板： F3BU09-ON*1PCS
3） CPU模塊：F3SP28-OS*1PCS
4） 位控模塊：F3NC34-ON/L2*2PCS
5） 輸入模塊：F3XD16-3F*1PCS
6） 輸出模塊：F3YD14-5A*1PCS
7） 通訊模塊：F3L11LC-2N*2PCS
3、 ELMO精密伺服（羅升）
1） 驅動器：BAS-5/230*7PCS
2） 電機： SB04ADK*7PCS（包含全套線纜）

4、臺達變頻器：VFD022B21A*3PCS（和人機有通訊要求）

三：產品用途
1、 本設備充分利用HITECH人機ADP6軟件的雙口雙驅動功能，分別與橫河PLC、變頻器通訊；
2、 橫河PLC 2個高速、高精定位模塊F3NC34對七個ELMO伺服進行定位控制。
3、 橫河PLC輸入、輸出模塊各一進行邏輯控制。
4、 橫河PLC另一個輸出模塊主要是控制伺服回原點、找Z相。（由于ELMO伺服編碼器為增量式的，因此通過ELMO伺服編寫回零程序來找Z相）
5、 七顆ELMO伺服分別連接導程5的滾珠絲杠控制七臺變頻電機的進給，實現控制鉆孔深度。
6、 變頻器控制變頻電機、從而控制槍鉆的轉速、最高輸出頻率達到：140HZ；轉速：8400r/min

四：應用效果：
1、 本機是透過人機界面與PLC、變頻器的通訊進行控制的，由于人機界面比較直觀、易操作，因此對于操作工人的技術水平來說要求不高。
2、 從系統配置上看，本機床核心電氣控制部分全部采用進口設備，核心控制器(PLC)采用羅升橫河系列，伺服電機采用具有軍工及航天品質等級的羅升ELMO伺服驅動系統，人機界面(HMI)采用具有15年研發、生產經驗的臺灣泉毅電子(HITECH)的產品，上述三家世界級控制驅動產品的強強整合，再加上羅升的完美整合，從而保證了該設備的高可靠性、高穩定性！
3、 由于本設備采用通用工控、運動控制產品實現了專用機床的功能，因此從成本上來說比采用多軸數控系統節省了將近一半的費用，這也是生產廠家所看重的原因之一。
4、 最主要的就是精度控制，從客戶反饋來看，本機床單件鉆孔精度達到0.01mm，而對于采用通用設備加工的工件，0.05mm的精度都很難保證，因此本設備對于批量生產來說，尺寸精度分散很小，完全符合統計學的正態分布原理，在保證整批零件的合格性上是人工操作及其它半自動化設備所無法企及的。
5、 由于本設備是采用一次裝夾，通過轉臺轉位加工完成的，經過計算平均25秒鐘左右，就會完成一次加工，這樣
一天如果按照8小時工作時間計算的話，產量可以達到1000件，這個數字是其它半自動設備的3-4倍。
綜合上述：操作簡便、高可靠性、高穩定性、高效率、高精度是本機的最大特點。

五：此方案的優越性：
1、操作簡單：此前客戶的同類型的設備已有一臺，采用G語言編程，因此對操作者水平要求較高；另外整個系統價格昂貴。通過對設備的了解，羅升采用人機+PLC+位控模塊的控制方式，使整個系統操作簡單，成本降低，體現了極高的性價比。
2、結構緊湊，節省成本：電氣控制產品的精巧設計是設備很重要的一點，羅升橫河PLC、400W ELMO驅動器的小巧化設計，令客戶無需單獨配備獨立的電氣柜，所有這些電氣控制產品全部集中在床身下面的機體內，較之前的配置節省了外部的電氣柜，在體現了設備的緊湊性的同時，也節約了成本。

六：案例簡析：
　　針對本設備所采用的羅升電氣整合產品，人機+橫河PLC（位控模塊）+ELMO伺服的控制方式，做如下簡析。
1、 由于SB04ADK電機是2500線的編碼器，在實際應用中通過ELMO軟件設置采用4分頻技術；這樣10000萬個脈沖正好轉一圈，配合5mm導程的絲杠，由于理論上為+/-1個脈沖的誤差，因此理論上控制精度：0.001mm；這個精度對于鉆床來說，已經是相當的高了。
2、 通過對ELMO伺服驅動器的設置，將J5端子設置伺服回零以及找Z相的功能，由于ELMO伺服本身是增量式編碼器，從編碼器本身來說不具備找Z相功能，但是由于ELMO驅動器可以通過軟件編程的方式來實現，這也是其它
品牌伺服所不具備的優勢。
3、橫河PLC位控模塊，采用“直接運行”的運行方式的位置控制模式。脈沖輸出采用A/B相脈沖輸出方式。另外借助橫河提供的Toobox軟件對位控模塊進行數據設定、動作監控，尤其是對于位控模塊報錯的監控尤為方便。
4、利用橫河PLC提供的多種通訊模塊，尤其在本機的調試中通過PLC的通訊模塊與人機保持通訊狀態，同時利用橫河PLC CPU本身的通訊口和電腦的RS232串口通訊，實現人機程序的在線模擬功能；同時利用橫河以太網模塊與電腦的網口相連，實現對程序的上下載及程序監控。上述軟、硬件充分保證了調試的順暢，避免反復插拔通訊線纜的麻煩。這也是橫河PLC的一個亮點。
5、充分發揮人機軟件的功能，在本程序中人機界面上有關速度、位置的單位都是以mm為單位，對于PLC來說都需要轉換成脈沖數，如果采用PLC程序計算的話，不但占用PLC的程序容量，加大PLC掃描時間，更主要的是容易出錯，因此在本程序中所有涉及數據計算的都采用數值輸入、數值顯示里的縮放功能，很好的解決了相關數據的計算問題。另外由于在鉆削主畫面里，如果在全自動、半自動運行狀態下，相應的數值是禁止更改的，為了防止設備運行中的誤操作，采用指定生效位功能對相應的數值輸入對話框封死。
6、 簡單操作介紹：在“原點調試”畫面，控制伺服回到零點（包括伺服本身的Z相及機床的接近開關原點）,此時按“設定零點”按鈕，然后再按“進給”按鈕進行對刀調試，為避免速度過快打刀，在刀尖接近工件時，將速度降低，然后慢進給，使刀尖接觸到工件，完成對刀工作。然后切換到“鉆削工作主畫面”此時根據實際加工的孔深進行“孔深設定”，此時零點-孔深總距離=孔深+對刀距離，然后根據這個距離設定“快進距離”、“快進速度”、“工進距離”、“工進速度”，在這里需要注意的是，快進距離設定要稍微小于對刀距離，為的是避免槍鉆快速接近工件而使刀具損壞。全部設定完畢后，按“退回”按鈕伺服軸退回原點，然后根據需要按動相應工位的聯動鍵（同時啟動變頻，鉆頭開始旋轉），然后按“全自動”或“半自動”按鈕進行鉆孔加工（區別在于全自動狀態下，設備將自動連續循環下去，如果需要停下來的話，需事先按“預停”按鈕；然后設備在加工完一個循環后自動停下來；而半自動則僅執行完一個循環就停下來）。（具體請參看：原點調試、鉆削工作主畫面）


　　結束語：本組合機作為柴油機噴油嘴專用加工設備，填補了國內噴油嘴加工設備的空白，應該說隨著全民環保意識的增強、歐Ⅲ、歐Ⅳ車輛排放標準的強制執行，對柴油機的要求標準越來越高，而噴油嘴則是影響柴油機燃燒效率及排放質量的關鍵部件，從客戶反饋來看目前該機床已經獲得了國內多家噴油嘴生產廠家的青睞，如果說能由此給國內噴油嘴加工設備帶來一次創新的話，因為羅升公司的參與合作，也是一次向業界踐行羅升公司“引進先進技術、提升制造業水平”的公司使命的最有力地證明。