基于自動(dòng)檢測(cè)與機(jī)械手的全自動(dòng)鋸片磨削數(shù)控系統(tǒng)

李 勇，王平江，齊江飛，唐小琦

(1.朝鮮民主主義人民共和國熙川工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程系，慈江道熙川市;2.華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院國家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，武漢 430074)

基于自動(dòng)檢測(cè)與機(jī)械手的全自動(dòng)鋸片磨削數(shù)控系統(tǒng)

李 勇1，2，王平江2，齊江飛2，唐小琦2

(1.朝鮮民主主義人民共和國熙川工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程系，慈江道熙川市;2.華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院國家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，武漢 430074)

文章詳細(xì)介紹了在數(shù)控鋸片磨削加工系統(tǒng)中，采用毛坯供給機(jī)械手和電感式位移傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)毛坯上下料，毛坯與成品尺寸檢測(cè)以及鋸片磨削加工等磨削全過程的自動(dòng)控制方法。其特點(diǎn)在于將磨削過程、毛坯供給與檢測(cè)三個(gè)過程獨(dú)立開來，使得本文開發(fā)的全自動(dòng)鋸片磨削系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在鋸片磨削加工同時(shí)，一邊用機(jī)械手來上下料和鋸片尺寸的檢測(cè)，不僅提高了自動(dòng)化水平，而且有效地重疊了磨削加工時(shí)間和毛坯準(zhǔn)備時(shí)間，顯著提高了生產(chǎn)效率。

全自動(dòng)鋸片磨削;電感式位移傳感器;機(jī)械手;時(shí)間重疊;PLC

0 引言

隨著機(jī)械工業(yè)與建材工業(yè)的迅速發(fā)展，鋸片的需求量日益增加，其精度要求也越來越高。為了滿足這一需求，世界各國對(duì)鋸片磨削數(shù)控系統(tǒng)、磨削過程中砂輪磨削補(bǔ)償及全自動(dòng)化控制等方面進(jìn)行了很深入研究，研制了比較完善的鋸片磨削NC系統(tǒng)［1-5］。從鋸片磨削的全過程來看，毛坯的上下料、毛坯與工作臺(tái)的表面清潔、成品與毛坯尺寸的檢測(cè)等準(zhǔn)備時(shí)間，占了總磨削加工時(shí)間的30%以上［6］。所以盡管采用了CNC磨床實(shí)現(xiàn)對(duì)鋸片磨削的數(shù)字控制，但生產(chǎn)效率的提高并不明顯，尤其是隨著數(shù)控技術(shù)的日漸成熟，對(duì)毛坯供給、磨削加工、檢測(cè)等鋸片生產(chǎn)全過程的數(shù)控化要求愈來愈高。本文針對(duì)鋸片生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)，探討了基于華中數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)鋸片磨削系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，并詳細(xì)介紹了如何根據(jù)控制要求進(jìn)行軟件PLC程序編制的方法，以及PLC變量與G代碼程序流程控制之間互動(dòng)的程序?qū)崿F(xiàn)方法。

1 全自動(dòng)鋸片磨削系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)

全自動(dòng)鋸片磨削系統(tǒng)的開發(fā)，不僅要設(shè)計(jì)合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，更重要的是如何實(shí)現(xiàn)兩者之間的完美結(jié)合。全自動(dòng)鋸片磨削系統(tǒng)由磨削加工控制系統(tǒng)、毛坯供給機(jī)械手系統(tǒng)和鋸片厚度檢測(cè)等三個(gè)主要部分組成。

1.1 全自動(dòng)鋸片磨削系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示為全自動(dòng)鋸片磨削機(jī)械及控制原理圖。鋸片磨削加工的X軸、Z軸為數(shù)控系統(tǒng)通過伺服驅(qū)動(dòng)器控制的伺服軸，實(shí)現(xiàn)鋸片表面磨削加工控制;由于鋸片在徑向厚度不均勻，故檢測(cè)臺(tái)采用兩個(gè)電感位移傳感器，分別放置在鋸片的內(nèi)外邊緣處，取兩個(gè)傳感器測(cè)量的平均值作為鋸片毛坯、半成品及成品的厚度值，并根據(jù)檢測(cè)出的厚度值計(jì)算出各磨削加工階段的余量，通過圖1中氣缸1，2將檢測(cè)頭壓到工件表面或?qū)z測(cè)頭從工件表面抬起，氣缸3用于將檢測(cè)臺(tái)上的毛坯推進(jìn)到檢測(cè)頭下或?qū)z測(cè)完的毛坯送回到原位置;機(jī)械手運(yùn)動(dòng)由PLC控制的獨(dú)立的U、W兩個(gè)伺服軸，實(shí)現(xiàn)任意位置上的毛坯供給;翻面機(jī)負(fù)責(zé)鋸片的上料與翻面工作，實(shí)現(xiàn)雙面磨削。機(jī)械手抓取、松開工件，檢測(cè)臺(tái)推送、返回工件，翻面機(jī)翻轉(zhuǎn)工件、復(fù)位，工作臺(tái)電磁盤吸附、松開工件等開關(guān)量動(dòng)作，必須與U、W伺服軸運(yùn)動(dòng)控制動(dòng)作密切配合，實(shí)現(xiàn)鋸片的全自動(dòng)上下料、厚度檢測(cè)與磨削控制。

圖1 全自動(dòng)鋸片磨削系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

毛坯供給系統(tǒng)由U、W直線軸、機(jī)械手電磁吸盤、檢測(cè)臺(tái)、氣動(dòng)翻面機(jī)組成，其任務(wù)是把鋸片從如下幾個(gè)位置按照指令及檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行搬運(yùn):毛坯位置、檢測(cè)位置、翻面位置、加工位置、廢品位置以及成品位置。機(jī)械手電磁吸盤中有兩個(gè)接近開關(guān):開關(guān)1和開關(guān)2。開關(guān)1(電磁吸盤旁邊)主要用于上下料過程中判別機(jī)械手吸盤上是否有毛坯存在。機(jī)械手在毛坯位置抓取鋸片的過程中，W軸下降，當(dāng)開關(guān)1接觸到下側(cè)毛坯鋸片時(shí)，開關(guān)1發(fā)出信號(hào)，PLC采集到該信號(hào)后，使W軸停止下降運(yùn)動(dòng)并發(fā)出使機(jī)械手電磁磁盤的電磁鐵通電信號(hào)，毛坯鋸片被緊緊的吸在機(jī)械手電磁吸盤上。在上下料的過程中，如果鋸片掉下，則開關(guān)1發(fā)出信號(hào)，當(dāng)PLC采集到此信號(hào)后，產(chǎn)生報(bào)警，所有的加工動(dòng)作和輔助動(dòng)作都將停止。開關(guān)2(電磁吸盤上面)主要用于在成品位置和廢品位置的放片過程中判斷鋸片是否已經(jīng)放到位。在成品位置和廢品位置的放片過程中，W軸下降運(yùn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)械手電磁吸盤吸附的鋸片與下側(cè)已有鋸片接觸且開關(guān)2發(fā)出下降到位信號(hào)時(shí)，W軸立即停止下降并且使機(jī)械手電磁吸盤上的電磁鐵掉電，放下當(dāng)前所吸附的鋸片。

鋸片尺寸檢測(cè)系統(tǒng)是由MA-5型差動(dòng)變壓式位移傳感器(測(cè)量范圍為±5mm，線性度為0.1%以下)和PC104總線PM516AD轉(zhuǎn)換器(分辨率為12位，模擬量輸入范圍為-5V～+5v)等部分組成，AD卡傳感器的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，傳到數(shù)控系統(tǒng)，由系統(tǒng)進(jìn)行處理。測(cè)量系統(tǒng)在磨削前檢測(cè)毛坯的厚度，然后把測(cè)量結(jié)果保存在數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)測(cè)量值分配加工次數(shù)和每次的加工余量;磨削完畢后，測(cè)量成品厚度，得出鋸片的加工精度和砂輪的磨損量等，以指導(dǎo)下一次的磨削加工。根據(jù)測(cè)量結(jié)果來控制磨削過程是全系統(tǒng)的核心，因?yàn)槟ハ鳝h(huán)境非常惡劣，如磨削液、強(qiáng)電磁干擾等，使得在加工位置的直接檢測(cè)精度很低。本文將檢測(cè)系統(tǒng)與磨削環(huán)境的分離，使得鋸片檢測(cè)系統(tǒng)不受磨削環(huán)境的影響，檢測(cè)精度大大提高。

1.2 全自動(dòng)鋸片磨削系統(tǒng)自動(dòng)上下料及加工流程

如圖2所示，該磨削系統(tǒng)由六個(gè)位置組成:毛坯準(zhǔn)備臺(tái)、成品臺(tái)、廢品臺(tái)、檢測(cè)臺(tái)、翻面機(jī)、加工臺(tái)。自動(dòng)上下料的動(dòng)作流程如圖2所示，其中動(dòng)作①的過程如下:在完成對(duì)刀和參數(shù)設(shè)置以后，選擇加工G代碼程序，按下循環(huán)啟動(dòng)鍵，那么機(jī)械手沿著U軸高速定位到毛坯準(zhǔn)備位置，然后沿著W軸高速下降到與毛坯上面接觸，直到接近開關(guān)1產(chǎn)生信號(hào)為止。固定在機(jī)械手下邊同心圓周方向的4個(gè)電磁鐵吸住毛坯，W軸上升一定位置。然后，機(jī)械手沿著U軸高速移動(dòng)到檢測(cè)位置后，W軸下降到測(cè)量位置的電磁吸盤上，然后上升到一定位置。系統(tǒng)通過氣缸(圖1的氣缸3)把檢測(cè)臺(tái)上的毛坯推進(jìn)到檢測(cè)頭下邊的位置，在氣缸帶動(dòng)下檢測(cè)頭下降開始檢測(cè)毛坯厚度。檢測(cè)工程結(jié)束以后，檢測(cè)臺(tái)在氣缸的推動(dòng)下后退到原位置。如果檢測(cè)結(jié)果合格，機(jī)械手抓取毛坯高速移動(dòng)到翻面位置的電磁吸盤上。此后清潔器開始清掃工作臺(tái)表面。清潔完畢后翻面機(jī)在旋轉(zhuǎn)氣缸的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)翻面，將毛坯放在磨床的工作臺(tái)上，然后開始根據(jù)G代碼的磨削加工。與此同時(shí)，機(jī)械手反復(fù)進(jìn)行上述動(dòng)作。圖2的動(dòng)作②為毛坯翻面的動(dòng)作流程:如果系統(tǒng)收到第一面磨削完的信號(hào)，機(jī)械手在當(dāng)前的動(dòng)作結(jié)束以后，高速移動(dòng)到磨床的工作臺(tái)，抓取鋸片到翻面位置。待機(jī)械手移開后，翻面機(jī)就執(zhí)行翻面動(dòng)作將工件放到工作臺(tái)上，然后通知系統(tǒng)第二面的磨削加工可以開始。圖2的動(dòng)作③為加工完以后加工品檢測(cè)的:如果第二面磨削加工結(jié)束，機(jī)械手從工作臺(tái)抓取工件，放到檢測(cè)臺(tái)上進(jìn)行檢測(cè)。如果檢測(cè)結(jié)果合格(鋸片厚度尺寸在設(shè)定的公差范圍之內(nèi))，機(jī)械手從檢測(cè)臺(tái)抓取工件放到成品位置;如果檢測(cè)結(jié)果為鋸片厚度太薄，機(jī)械手檢測(cè)臺(tái)抓取工件放到廢品位置;如果磨削完的鋸片厚度太厚(這說明磨削余量不合理)，機(jī)械手從檢測(cè)臺(tái)抓取工件放到工作臺(tái)上，再根據(jù)測(cè)量值進(jìn)行二次磨削加工。重復(fù)上述動(dòng)作，直到工件合格或工件厚度過薄后為止。

圖2 機(jī)械手的上下料流程

2 全自動(dòng)鋸片磨削系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

2.1 磨削加工G代碼程序流程

若通過一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)來有機(jī)地結(jié)合磨削工程、毛坯準(zhǔn)備、檢測(cè)工程，而且合理重疊各個(gè)工程，則需要正確實(shí)現(xiàn)G代碼和PLC程序的相互結(jié)合。為了滿足這一要求，在編寫G代碼時(shí)必須考慮如下原則:首先，在PLC和系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)用必要的子程序的條件下，必須在PLC準(zhǔn)備毛坯以后才執(zhí)行下一個(gè)G代碼;其次，磨削加工結(jié)束以后，G代碼必須通知PLC，使得PLC進(jìn)行毛坯翻面和檢測(cè)等;最后，需要根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)磨削工程而構(gòu)成G代碼。如圖3所示，系統(tǒng)一開始就通過M代碼來向PLC發(fā)出毛坯準(zhǔn)備信號(hào)，使G代碼等待PLC在磨床的工作臺(tái)上準(zhǔn)備好毛坯。收到了毛坯準(zhǔn)備信號(hào)之后，G代碼程序就開始第一面磨削過程，若磨削完，又通過M代碼向PLC發(fā)出磨削結(jié)束的信號(hào)，同時(shí)等待PLC完成鋸片清潔、翻面工作。若PLC完成毛坯準(zhǔn)備，則再開始第二面磨削。第二面磨削完之后，使PLC檢測(cè)剛磨削完的鋸片厚度:若檢測(cè)結(jié)果合格，則確認(rèn)全毛坯磨削完以后，若還沒完，則回到為第一面磨削的毛坯準(zhǔn)備G代碼，若檢測(cè)到的鋸片厚度太厚(參考1.2節(jié)的磨削流程)，則回到為第二面磨削的毛坯準(zhǔn)備G代碼。

圖3 G代碼程序流程

2.2 全自動(dòng)鋸片磨削系統(tǒng)的PLC程序

為實(shí)現(xiàn)對(duì)全自動(dòng)鋸片磨削系統(tǒng)的控制，需要合理設(shè)計(jì)毛坯準(zhǔn)備、毛坯與成品尺寸檢測(cè)、清潔、翻面等PLC控制系統(tǒng)，尤其是在該系統(tǒng)的控制對(duì)象太多而且控制環(huán)境非常復(fù)雜的條件下，PLC控制的每一個(gè)環(huán)境的工作時(shí)間要盡可能重疊，以便提高磨削工作效率。圖4為本文開發(fā)的PLC控制流程圖。從圖4的PLC控制流程可知，毛坯有無的檢查位置共有三個(gè)，分別為檢測(cè)位置、翻面位置、磨床的工作臺(tái);根據(jù)在檢測(cè)位置、翻面位置、工作臺(tái)位置上有無毛坯，調(diào)用相應(yīng)的子程序完成毛坯準(zhǔn)備動(dòng)作，比如從檢測(cè)位置到翻面位置的毛坯移動(dòng)子程序、從毛坯位置到檢測(cè)位置再到翻面位置的毛坯移動(dòng)子程序、工作臺(tái)清潔子程序、毛坯翻面子程序在滿足相應(yīng)的工作條件時(shí)被調(diào)用。所以，在PLC控制程序上必須附加必要的相互制約條件，以免被同時(shí)調(diào)用而發(fā)生動(dòng)作相互沖突。比如工作臺(tái)清潔子程序必須在工作臺(tái)上沒有毛坯和機(jī)械手不在它的正上方的條件下才能被調(diào)用，毛坯翻面子程序必須在翻面位置上已準(zhǔn)備好毛坯和在加工位置上沒有毛坯的條件下被調(diào)用。若工作臺(tái)清潔和翻面動(dòng)作結(jié)束，則PLC向G代碼發(fā)出鋸片磨削可以開始的信號(hào)。若PLC受到第一面磨削工作完成的信號(hào)，則調(diào)用加工位置到翻面位置子程序，把磨完的毛坯從加工位置拿到翻面位置，以便翻面機(jī)能進(jìn)行翻面動(dòng)作。若第二面的磨削加工結(jié)束，則PLC通過加工位置到檢測(cè)位置再到成品位置子程序的調(diào)用，把毛坯從加工位置拿到檢測(cè)位置。檢測(cè)工程結(jié)束以后，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果拿到成品位置或廢品位置，或磨床的加工位置上(參考1.2節(jié)磨削流程)。PLC不斷地循環(huán)上面的動(dòng)作(循環(huán)周期為16mms)，即可完成對(duì)毛坯正反面的磨削工作。

圖4 PLC系統(tǒng)控制流程

3 全自動(dòng)鋸片磨削PLC控制過程中的關(guān)鍵技術(shù)

如上所述，采用一個(gè)數(shù)控裝置把磨削工作、毛坯上下料、檢測(cè)工作有機(jī)地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)每一個(gè)過程盡可能相互重疊的關(guān)鍵問題，是解決PLC控制程序、G代碼程序的各個(gè)控制環(huán)節(jié)相互銜接問題。本文先介紹PLC控制程序和G代碼程序之間的相互結(jié)合方法，然后具體說明基于動(dòng)作時(shí)間重疊的PLC編程與實(shí)現(xiàn)方法。

3.1 PLC控制程序與G代碼程序之間的相互結(jié)合

一般數(shù)控機(jī)床根據(jù)工作人員編制的G代碼程序完成相應(yīng)的NC加工。本文所開發(fā)的全自動(dòng)鋸片磨削系統(tǒng)，一方面根據(jù)G代碼程序來進(jìn)行相應(yīng)的磨削工作，另一方面由PLC控制程序完成毛坯的轉(zhuǎn)送、厚度測(cè)量、翻面以及毛坯準(zhǔn)備工作。所以G代碼程序和PLC程序之間的相互配合，是在實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)磨削控制的關(guān)鍵。從1.2節(jié)的上下料流程分析可知，磨削加工之前，先測(cè)量好毛坯的厚度，根據(jù)檢測(cè)的毛坯厚度，計(jì)算出加工次數(shù)和每次的加工進(jìn)給量，然后將這些計(jì)算值傳遞給G代碼程序里的特定宏變量，以進(jìn)行正確的磨削工作。在磨削過程中，G代碼和PLC之間不斷地進(jìn)行信息交換，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作環(huán)節(jié)之間的重疊，而提高加工效率。例如G代碼通過一個(gè)宏變量，來判斷當(dāng)前磨床工作臺(tái)上有沒有將磨削的毛坯，PLC通過一個(gè)M代碼判斷當(dāng)前磨削狀態(tài)等等。

華中數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)置式PLC有供客戶使用的內(nèi)部中間R寄存器(共有768組)［7］，通過R寄存器實(shí)現(xiàn)PLC與數(shù)控系統(tǒng)之間的動(dòng)作順序的銜接。從圖5中可知，本系統(tǒng)為G代碼程序和PLC之間的相互結(jié)合采用的R寄存器是R［237］、R［242］、R［245］、R［248］、R［250］，總共有5 個(gè):R［237］為G代碼告訴PLC讓機(jī)械手開始毛坯準(zhǔn)備、檢測(cè)和毛坯自動(dòng)供給的信號(hào)(1-開始，0-完了)，R［242］為G代碼程序的現(xiàn)在磨削階段狀態(tài)遞給PLC的信號(hào)(1-第一面磨削，2-第二面磨削)，R［245］為PLC告訴G代碼工作臺(tái)上已準(zhǔn)備好毛坯的信號(hào)(1-準(zhǔn)備好，2-沒準(zhǔn)備)，R［248］為 PLC 告訴G代碼在毛坯移動(dòng)中毛坯掉下等異常事故發(fā)生的信號(hào)(1-出錯(cuò)，0-正常)，R［250］為 PLC 告訴G代碼現(xiàn)在在毛坯準(zhǔn)備臺(tái)上該磨削的毛坯不存在的信號(hào)(1-該磨削的毛坯沒有，0-還有)。

圖5 PLC和G代碼程序之間相互結(jié)合

可是G代碼程序不能直接賦值或讀取R寄存器的值，因此，通過M代碼來讀入相應(yīng)R寄存器的值以后，再把它傳遞給相應(yīng)的宏變量，然后用該宏變量來進(jìn)行必要的處理。比如，在圖3的G代碼流程圖中毛坯準(zhǔn)備階段，若R［245］為1，則根據(jù)G代碼進(jìn)行第一面或第二面磨削加工;而若它為0，則使G代碼等待，此時(shí)G代碼不斷地執(zhí)行M36代碼，當(dāng)M36中的R［245］=1時(shí)，解釋器解釋M代碼后根據(jù)其解釋結(jié)果來對(duì)宏變量賦予相應(yīng)的值。

3.2 動(dòng)作重疊的PLC編程技術(shù)

本PLC控制系統(tǒng)的控制對(duì)象除了數(shù)控裝置的一般控制環(huán)節(jié)(比如輸入輸出開關(guān)量)外，還有兩個(gè)獨(dú)立軸機(jī)械手移動(dòng)、鋸片檢測(cè)時(shí)氣缸的推動(dòng)、清潔器運(yùn)動(dòng)、翻面機(jī)運(yùn)動(dòng)等4個(gè)控制環(huán)節(jié)(圖4參考)。為實(shí)現(xiàn)這4個(gè)獨(dú)立的控制環(huán)節(jié)動(dòng)作時(shí)間的相互重疊，應(yīng)該使每個(gè)控制環(huán)節(jié)同時(shí)進(jìn)入控制狀態(tài);為此，在各個(gè)控制環(huán)節(jié)中先判別其對(duì)別的環(huán)節(jié)有沒有影響，若沒有影響，則啟動(dòng)該控制環(huán)節(jié)。如果有一個(gè)控制環(huán)節(jié)對(duì)另一個(gè)控制環(huán)節(jié)有影響，則必須等待該控制環(huán)節(jié)結(jié)束后，才能啟動(dòng)另一控制環(huán)節(jié)。比如，清潔器和機(jī)械手同時(shí)進(jìn)入工作狀態(tài)，只有在工作臺(tái)上沒有毛坯且機(jī)械手不在工作臺(tái)上方的條件下，才允許清潔器開始相應(yīng)的動(dòng)作;同理，翻面機(jī)也是只有在清潔器完成工作臺(tái)面清掃，并回到初始位置后，才允許翻面動(dòng)作。根據(jù)圖4的鋸片搬運(yùn)、檢測(cè)、翻面、磨削及其相互動(dòng)作重疊的控制需求，編制的基于動(dòng)作重疊的PLC部分控制程序如下。

上面PLC程序中的M20()子程序?yàn)榭刂茩C(jī)械手從毛坯位置抓取鋸片毛坯，放到檢測(cè)位置，緊接著測(cè)量鋸片厚度，然后機(jī)械手抓取鋸片放到翻面位置。M20()子程序被調(diào)用的條件為，檢測(cè)臺(tái)上沒有毛坯而且翻面位置上也沒有毛坯，或這三個(gè)位置上(檢測(cè)、翻面、工作臺(tái))都沒有毛坯;M26()子程序控制機(jī)械手將檢測(cè)位置上等待著的毛坯拿到翻面位置上，這一個(gè)子程序被調(diào)用的條件為磨床已進(jìn)入第二面磨削工作狀態(tài)，而且翻面位置上沒有毛坯。M27()子程序?yàn)榍鍧嵐ぷ髋_(tái)程序，M23()子程序?yàn)閷⒎嫖恢玫拿鞣娴郊庸の恢玫膭?dòng)作代碼。從上面程序上可知，若有一個(gè)動(dòng)作條件被滿足，就隨時(shí)調(diào)用相應(yīng)的子程序，所以每一個(gè)動(dòng)作時(shí)間都可以有效地重疊。本文所用數(shù)控系統(tǒng)PLC的掃描時(shí)間為16ms，因此在這16ms內(nèi)所有子程序可以被同時(shí)調(diào)用(當(dāng)然只在相應(yīng)動(dòng)作條件被滿足的場(chǎng)合上)。

4 對(duì)比分析結(jié)果

原開環(huán)控制數(shù)控磨削:單件雙面磨削時(shí)間約2min，每磨削鋸片約5～7個(gè)后，需離線測(cè)量鋸片厚度，憑經(jīng)驗(yàn)修改砂輪磨損補(bǔ)償值或G代碼程序。在參數(shù)修改后，需對(duì)所加工的第一個(gè)鋸片進(jìn)行厚度檢測(cè)，調(diào)整補(bǔ)償參數(shù)。為此，需占用5～10min加工時(shí)間。由于調(diào)整不及時(shí)或不準(zhǔn)確，廢品率為2～3%［1］。

基于電渦流傳感器的數(shù)控磨削:單件雙面磨削時(shí)間約2min，每工作3～4h后，需要對(duì)鋸片厚度進(jìn)行離線測(cè)量，如果加工過程中環(huán)境溫度和加工對(duì)象的材質(zhì)有所變化，需要對(duì)鋸片基準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)的修調(diào)，如果材質(zhì)變化很大，則需重新標(biāo)定［2］。這時(shí)間也是大約5～10min。同時(shí)磨削過程中需要手動(dòng)上下料，占用時(shí)間大約2～3min，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，使用起來不方便且危險(xiǎn)性很大。

全自動(dòng)鋸片磨削:單件雙面磨削時(shí)間在3min左右，只有在更換砂輪，才需進(jìn)行對(duì)刀操作。工人師傅只需將鋸片毛坯成批的放到毛坯位置和將成品成批的運(yùn)走即可。鋸片的上下料、厚度測(cè)量、砂輪磨順量的自動(dòng)補(bǔ)償以及鋸片成品和廢品的自動(dòng)篩選等操作都由數(shù)控磨床自動(dòng)完成，大大的降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了整個(gè)加工效率。

本文開發(fā)的專用數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用在型號(hào)為ZDMC400的全自動(dòng)鋸片磨削機(jī)床中，實(shí)物照片如圖6所示。

圖6 鋸片磨削機(jī)床

5 結(jié)束語

在通用CNC磨床的基礎(chǔ)上，采用毛坯供給機(jī)械手和厚度檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)毛坯供給，毛坯與成品尺寸檢測(cè)以及鋸片磨削等全過程的自動(dòng)控制，尤其是在上下料的PLC控制系統(tǒng)上，開發(fā)了動(dòng)作控制環(huán)節(jié)相重疊的PLC程序和G代碼程序。磨削過程、毛坯供給及檢測(cè)過程相互分離，從而實(shí)現(xiàn)了在CNC磨床上磨削鋸片的同時(shí)，使機(jī)械手上下料、鋸片厚度的檢測(cè)等過程的并行進(jìn)行。本文開發(fā)的專用數(shù)控系統(tǒng)，不僅有效地提高了鋸片磨削加工的精度和穩(wěn)定性，而且加工效率也大大提高了。對(duì)推動(dòng)鋸片生產(chǎn)的FMS化打下了良好的基礎(chǔ)。

［1］孫瑩，王平江.基于電渦流傳感器的全閉環(huán)鋸片磨床數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2010(2):73-77.

［2］Y.Guo，Y.Peng，Z.Wang。A novel precision face grinder for advanced optic manufacture，Proc.SPIE/Volume 7655/Session 2-1(2010).

［3］孫瑩，王平江.鋸片磨削加工的多線程控制策略及實(shí)現(xiàn)［J］.制造業(yè)信息化.機(jī)械工程師，2009(11):99-102.

［4］張和平，余英良.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)控制磨削加工［J］.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2007(2):171-172，174.

［5］R.B Mindek，T.D.Howes。Slot and vertical face grinding of aerospace components，J.Eng.Gas Turbines Power，July1996，Volume 118，Issue 3.

［6］趙美寧，王佳.自動(dòng)供料機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).液壓與氣動(dòng)，2007(9):60-63.

［7］武漢華中數(shù)控股份有限公司、華中數(shù)控PLC編程說明書.2001.

A Full-Automatic System of Saw Grinding Based On The Automatic Checking System and the Feeder Manipulator

LI Yong1，2，WANG Ping-jiang2，QI Jiang-fei2，TANG Xiao-qi2
(1.Department of Mechanical Engineering，Hichon Industrial University，Hichon City，Jagang Province，DPRK;2.Numerical Control Center，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China)

This paper introduces in detail a automatic control method for the manipulator for feeding workpiece，the checking system and the saw grinding process by a induction displacement sensor and a feeder manipulator.Characteristics of this method is that the grinding process，the workpiece feeder and inspecting are independent processing，so that the full-automatic system of saw grinding system can grind in the CNC machine while a workpiece is fed to machine and the thickness of it is checked.Thus，it can overlap grinding time and workpiece feeding time efficiently，and not only can increase production efficient and automation level substantially，but also can realize FMS for saw production.

full-automatic system for saw grinding;induction displacement sensor;manipulator;overlapping time;PLC

TH16;TG596

A

1001-2265(2012)02-0072-05

2011-05-04;

2011-05-25

李勇(1964—)，男，副教授，研究方向?yàn)镃AD/CNC，CAD/CAM，機(jī)械制造裝備自動(dòng)化，(E-mail)2209969361@qq.com。

(編輯 李秀敏)