三菱E60数控系统应用在凸轮磨床改造上

1.基本情况
   宜昌长机科技有限责任公司的小型外圆磨床承担着公司产品上重要零件“让刀凸轮”的磨削加工任务。过去的加工方式都是由加工中心先生产出来靠模，利用靠模来实现对凸轮的磨削加工，在这种加工方式中，虽然在加工中心上能保证靠模的分度精度及过度圆弧的生成，但在磨削过程中，由于机械液压等传动误差的存在，很难保证加工工件的合格率；同时机床的电控元件已经老化，因此决定对此机床进行数控改造。
2.改造方案
    磨床改造的关键是要保证磨削砂轮的进给定位精度以及工件旋转的分度定位精度上，同时还要考虑改造成本，所以在数控系统选型上我们选择了三菱E60数控系统（内藏64位CPU的高性能CNC，运算速度快），伺服驱动系统选用了三菱公司高增益伺服系统MDS-R系列，采用小型伺服电机和高分辨率编码器（131072脉冲/转）。将机床的两个方向的进给运动改为伺服控制，去除原先的液压进给机构，从而实现两轴两联动。具体为Y轴（砂轮的径向进给运动）、A轴（工件的旋转运动）。
3.硬件设计
    在硬件设计过程中，考虑了系统可扩展性，选用了三菱E60数控铣床系统，最大可控制NC轴为3轴，系统还提供了一路模拟主轴输出，其系统最小控制单位为1um，很好的满足了机床的控制要求。
    因为主轴磨头转动在设计及使用需求上都不需要变速，所以没有采用模拟量控制，只是用接触器直接来接通电机使其在额定频率下工作。
    数控系统主要配置如下：
     1、三菱E60数控系统                  1套
    （FCU6-MU071  FCU6-KB024  FCU6-HR341）
     2、伺服电机           HF153S-A47      1套
     3、伺服电机           HF74S-A47       1套
     4、双轴伺服驱动模块   MDS-R-V2-6040   1套
4.软件设计
    1）、PLC设计
    凸轮磨的外围电路很少，因此在PLC设计上没有太大的困难。三菱E60系统PLC编译是比较方便的，需要注意的是所有的机床工作方式及状态都需要在PLC程序里进行编译，所以在编译PLC程序时要考虑好机床工作方式及状态，然后根据需要编译所需的机床操作动作。比如机床的自动、手动、回零、MDI等工作方式都需要编译。同时还要在PLC程序里进行故障报警及机床操作信息显示等处理，给操作者提供最直接的操作帮助。
    2）、参数
    系统参数设置：
    #1043=22 （语言选择为简体中文）
    #1138=1 （随参数号选择参数）
    #1037=2 （铣床M刀具补偿类型）
    然后将#1060=1 （对参数进行格式化处理）断电后重新上电
    #1155=100
    #1156=100
    基本规格参数设置：
    #1001=1 （系统设定有效）
    #1002=2 （系统控制轴数）
    #1003=B （输入设定单位：B=1um）
    #1013=Y  A （控制轴名称：1st轴为Y、 2nd轴为A ）
    #1015=10 （指令单位：10为1um）
    #1016=0 （公制输出）
    #1017=0  1 （旋转轴：Y轴为直线轴、A轴为旋转轴）
    伺服参数设置：
    #2219=100；（编码器分辨率）
    #2220=100；（编码器分辨率）
    #2225=22B＊（电机型号）
    PLC参数设置：
    #6449=00000011（计时器/计数器有效）
    #6451=00110000（GX通信有效：设置成功以后才能传PLC程序）
    以上只是简要的开机参数，许多参数都是要根据现场的实际情况进行设置
5.加工程序设计
    加工对象让刀凸轮有等加等减曲线、加速度曲线等几种曲线升程方式，其规格也有多种，所以在程序的编制上就需要通用性。
等加等减曲线凸轮编程如下：
    首先定义了7个共变量：
    #100 ＝对刀位置；#100参数是一个绝对位置值。
    #101＝凸轮大半径数值；
    #102 ＝凸轮小半径数值；
    #103＝凸轮大半径角度（度）；
    #104 ＝凸轮小半径角度（度）；
    #105＝曲线展成角度（度）；
    #106＝A轴切屑速度（度/分钟）。
    主程序
    G54 G64；
    G04 P2000.；
    G90G01 A0.0Y[#100+0.1] F2000.；
    G04 P2000.；
    M03M08；
    G04 P4000.；
    G09G91G01 A1800.Y-0.1 F#106；
    #110=#101-#102；
    #120=0.02；
    WHILE [#120 LE #110] DO 1；
    G65 P1421；
    #120=#120+0.02；
    END 1；
    G90G01 Y#100 F100.；
    M05M09；
    M30；
    在主程序中，调用了一个循环磨屑的子程序，子程序号为O 1421，内容如下：
    #125=#103/2；
    #128=#106；
    #122=0；
    WHILE [#122 LE 18] DO 2；
    G91G01 A#105Y-#120 F#128；
    A#104 F#106；
    A#105Y#120 F#128；
    A#103F#106；
    #122=#122+1；
    END 2；
    M99；
    该程序具有通用性，不同的产品只需修改机床加工参数就可进行加工，磨削出来的工件也满足产品设计要求。当然，此程序磨削的A轴角速度是恒定的，如果想要在磨削过程中使A轴磨削线速度相等，只需要根据磨削半径进行角度与弧长的换算就可以得到恒定的线速度。
6、结束语
    以前让刀凸轮加工的成功率在很大程度上依赖于操作员的经验及直觉，通过改造可以从数控系统上直观的反映磨削角度、升程大小等数据，使得让刀凸轮的加工更加方便快捷，大大提高了加工效率，节约了制造成本。

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