ADT-MC4140在高精磨床系统中的实现

研磨者

作者：周晓军　　　　　 日期：2007.05.16
一、概述：
　　运动控制器(MNC)，是集运动控制技术、计算机技术、和通讯技术为一体的高科技产品。具有可靠性高，功能齐全，使用灵活方便等优点。本文介绍的是运动控制器MC4140、QS5伺服系统来实现高精三轴磨床的自动化改造。

二、高精密磨床的发展回顾：
　　很多年前，精密磨床的应用已经成为精细加工必不可少的工艺。但由于自动控制技术的制约，最初为手动进给，其缺点是切入磨削时进给不均匀，光磨时间控制不准，至使精度差，而且效率低；
　　随着PLC应用的普及，PLC技术也在磨床上发挥了一定的效果。系统采用PLC＋高速定位模块来实现，基本解决了用自动进给的方式取代了手动，进给均匀，精磨时间准确；由于PLC程式的相对固定；PLC的单流程工作模式，PLC实现多轴联动的困难等等，所以在实际应用中又提出了新的问题。如随意调整Y轴（工件旋转）的分度数，能随意分摊Z轴（磨头）进给长度（即将Z总进给量，按随意比例分摊到每一步），人工干预下的实时补偿等；
　　由于以上问题的提出，笔者利用MC4140开发出高可靠性、高精度、高性价比三轴精密磨床伺服进给控制系统，加工工件几何精度和效率大大提高，满足客户改造需要。

三、功能要求：
　　根据磨削工艺原理，控制系统实现如下功能：
　　1、启动→快速进给→慢速进给→光磨延时→慢速进给→快速进给→快退回原点（各点位置可教导拾点）。
　　2、定位精度±1p。
　　3、可全自动、半自动、手动选择。
　　4、任意时刻按复位→快退回原点，通电先返回原点（可参数选择）。
　　5、可以工件计数或设置倒计数（计数到自动停机）
　　6、原位零点确定并记忆（也可任意设置参考零点）。
　　7、按键板面和128×64液晶显示板可以以参数设定方式，设定快进速度，快退速度，慢进速度，快进量，慢进量，光磨延时时间，计数修整个数。和显示实际位置，光磨延时时间，计数个数等功能。
　
四、工艺要求：
手动：X轴+/-方向、限位+/-，有高/低速度设定（能拾取起点、慢速起点、慢速终点、终点）确认4个点以备自动和半自动时用。
　Z轴+、-方向，有速度设定；
　Y轴+、-方向，有速度设定（Y轴是驱动分度头360/n,设定数为n）+方向1步、－方向1步、还有按设定度数＋进刀、-进刀；
　　　　　　　　 高速段　　低速段　　高速段　　 延时Ｔ返回
自动（半自动、全自动）：

　　1、X轴按拾取量+、-各运动1次1小周期　
　　2、Y轴（Y轴是驱动分度头360/n,设定数为n）+方向运动1步（1/nY轴圆周）1小周期（1/nY轴圆周）1步（n次后要求到达起点，余数等分插补充）
　　3、Z轴（能设定2段1～25步、设定为X步就能设定X个运动量的数据）按各步数据运动该步，1小周期进该步，设定总进刀尺寸，X是百分比，可以平均分配，也可以人工修改。
　　如：1段进刀为4.00mm，步数为10步，就会弹出10个10.00％，结果每刀进0.40mm，如果修其中一步，其后面步结果发生反比变化。2段相同。进完1段就进2段。

五、运动过程描述（工艺过程）
【半自动运动过程】
　　　　
　　　　　　　　　　【全自动运动过程】
　　　　

六、控制系统简介：

1、系统的结构框图如图1所示，整个系统由三部分组成
(1) 操作部分(人机界面)：用于操作、设置磨削参数、显示磨床运行状况、故障报警；
(2) 控制部分(ARM＋FPGA)：主要控制磨床的定位，位置反馈、IO管理；
(3) 执行部分(JaBao QS5 系列伺服电机及伺服驱动器)。
(4) 操作系统：UC/OS实时多任务操作系统。
　　　　
　　　　　　　　　　图1 系统的结构框图
2、机械示意图（略）
　 为保护三方知识产权，恕不能在此介绍。

七、结束语：
　　 MC4140的NC定位功能在其中占有重要的地位，只有选择合适的MNC才能使定位达到预期的效果。笔者已成功将上述方案在实际磨床改造中实现，另笔者使用TP3340控制器产品成功设计出三轴磨面机（磨手表玻璃、宝石专用机床），并将在之后的文章中逐一介绍。