使用通讯技术实现超精研机的在线监测控制系统

摘要

本发明涉及轴承套圈沟道/滚道超精研机的在线监测的控制技术领域，提出了一种使用通讯技术实现超精研机的在线监测控制系统，其包括可编程控制器(1)，通讯模块(2)，驱动工件电机的变频器(3)以及驱动油石往复振荡电机的变频器(4)，其中所述可编程控制器(1)与通讯模块(2)组合，从通讯模块(2)引出两条网线，分别连接驱动工件电机的变频器(3)和驱动油石往复振荡电机的变频器(4)的通讯接口，可编程控制器(1)输出指令，通过通讯模块(2)连接的网线控制两个变频器的启动、停止、运行频率的设定以及实现油石加压空行程结束时方便快速地实现工步转换。

说明书

技术领域：

本发明涉及金属磨削的控制技术领域，尤其涉及轴承套圈沟道/滚道超精研机的在线监测的控制技术领域。

背景技术：

在轴承行业中有大量的轴承套圈沟道/滚道的超精研机设备。当加工工件定位后，主轴带动其旋转，此时令超精油石进入到工件沟道对侧的待工作位置，加压油缸动作，带动油石压向工件沟道。当油石接触到沟道时，工作程序转入到油石振荡，且加粗超压力进入粗超精工步。由于油石在工作中是不断消耗的，造成油石原始位置和沟道的相对距离不断增大。这样油石加压的空行程不断增大，并且空行程结束的讯号难以确定成为业内无法解决的问题。国内外大多数同类机床控制系统中均采用与空行程距离不相关的时间延时的方法，来实现该机床工步的转换。设定时间过长影响效率，过短则易撞油石，且加压机构产生故障时不能立即中止工作。这种控制方法是模糊的，不确定的，不是油石接触沟道工况的真实反映，不利于生产效率的提高和超精质量的改善。另外也有部分机床直接进入粗超工步，用粗超压力加压油石，不仅会造成油石断裂，而且油石和工件的撞击还会造成沟道损伤。

发明内容：

为了解决空行程结束的讯号难以确定这一业内现在仍无法解决的问题，兼顾空行程进入粗超工步时，轴承套圈沟道/滚道的超精研机设备效率和油石损耗断裂的问题，并避免现有技术中部分机床直接进入粗超工步，用粗超压力加压油石，造成油石断裂，以及油石和工件的撞击造成的沟道损伤的问题，本发明提出了一种使用通讯技术实现超精研机的在线监测控制系统，该系统能够实现轴承套圈沟道/滚道超精研机上的超精油石在自动加压过程中空行程结束转换为粗超工步的实时切换，其效率高，且因空行程结束转换为粗超工步的切换实时进行，避免了油石断裂，以及由此避免了油石和工件撞击造成轴承沟道损伤的问题。

本发明是通过下列的技术方案来实现的：

一种使用通讯技术实现超精研机的在线监测控制系统，其中，包括一可编程控制器(1)，一通讯模块(2)，一驱动工件电机的变频器(3)以及一驱动油石往复振荡电机的变频器(4)，其中，所述的驱动工件电机的变频器(3)和驱动油石往复振荡电机的变频器(4)分别驱动工件电机(5)旋转和油石往复振荡电机(6)运转；所述可编程控制器(1)与通讯模块(2)组合，从通讯模块(2)引出两条网线，分别连接驱动工件电机的变频器(3)和驱动油石往复振荡电机的变频器(4)的通讯接口，可编程控制器(1)输出指令，通过通讯模块(2)连接的网线控制两个变频器的启动、停止、运行频率的设定以及实现油石加压空行程结束时的工步转换。

所述使用通讯技术实现超精研机的在线监测控制系统，其中，可编程控制器(1)通过通讯模块(2)和网线对变频器的控制、进而控制工件电机(5)和油石往复振荡电机(6)的步骤如下所述：

系统启动，工件套圈在工件电机(5)驱动的端面支撑上压紧定位；

相应工件上的端面压紧行程开关闭合，可编程控制器(1)读取工件套圈已被压紧定位的信息；

可编程控制器(1)输送工件电机的设置频率(f1)送入交流变频器(3)内，再输送启动命令启动交流变频器(3)，交流变频器(3)即驱动工件电机(5)旋转；

交流变频器(3)的输出频率达到可编程控制器(1)指令的设置频率(f1)时，交流变频器上(3)的输出接口(1FU)闭合，向可编程控制器(1)输送交流变频器(3)的输出频率达到f1的信息；收到后，可编程控制器(1)即读取交流变频器(3)的输出频率达到f1时，交流变频器(3)的输出电流值(I₀)，并将该输出电流值存储于可编程控制器(1)的存储器；

可编程控制器(1)控制加压油缸(10)动作，将油石压向工件沟道，油石往复振荡电机运转，进入空行程过程；与此同时，可编程控制器(1)实时读取交流变频器(3)的瞬时输出电流值I，并计算I/I₀的值；

可编程控制器(1)的存储器中存储有一预先设定的值，可编程控制器(1)将该值与I/I₀的值进行比较，当I/I₀的值达到或超过该值时，可编程控制器(1)判定油石空行程结束，油石已接触工件沟道，此时，可编程控制器(1)控制加压油缸(10)带动油石压向沟道的压力增大，降低交流变频器(3)的供电频率至预定值(f2)，提高变频器(4)的频率至预定值(f3)，进入粗超工步。

本发明所提出的一种使用通讯技术实现超精研机的在线监测控制系统，在工件超精研过程中，能够准确的实时监测工件电机负载电流的变化，并通过数字运算控制油石空行程结束与粗超工步的状态转换，提高了工件超精工艺的科学性、先进性，保证了超精质量的稳定性。

附图说明：

图1所示为本发明系统的连接结构示意图；

图2所示为本发明系统中油石往复振荡电机的示意图；

图3为待超精研的工件套圈；

图4所示为本发明系统中可编程控制器控制电机运转的流程图。

附图标号：

1、可编程控制器PLC       2、通讯模块

3、驱动工件电机的变频器  4、驱动油石往复振荡电机的变频器

5、工件电机              6、油石往复振荡电机

7、待超精研的工件套圈     8、超精油石

9、油石夹持器             10、加压油缸

具体实施方式：

本发明提出了一种使用通讯技术实现超精研机的在线监测控制系统，该系统能够实现轴承套圈沟道/滚道超精研机上的超精油石在自动加压过程中空行程结束转换为粗超工步的实时切换，方便、快速的实现油石加压空行程结束时的工步转换功能。

本方案采用测量工件电机电流的变化的方式实现空行程结束的实时转换。基本原理为：当空行程结束，油石压在工件表面上时，油石压力使工件旋转力矩增大，进而使给工件电机供电的交流变频器(3)的输出电流值快速上升。若能实时采集到交流变频器的电流值，并加以前后对比，即可在空行程结束时加以识别判断。

信号的采集和传输用通讯方法解决，结合图1的本系统连接结构示意图和图2所示的油石往复振荡电机的示意图，把交流变频器(3)、(4)设置为RS-485通讯模式，利用可编程控制器PLC(1)的RS指令编辑程序，通过通讯模块(2)实现与交流变频器(3)、(4)的通讯。利用通讯功能可实现可编程控制器PLC(1)对交流变频器(3)、(4)的启动、停止控制及运行频率的设定与变更，还可以用问答模式监视交流变频器(3)、(4)的输出频率、电压与电流。

当给工件电机(5)供电的交流变频器(3)稳定运行在设定频率值f1时，读取交流变频器(3)的输出电流值I₀并存储于可编程控制器PLC(1)中的存储器，然后可在油石的加压过程中连续监测交流变频器(3)的输出电流值I的变化，当I与I₀的比值达到一个预先设定的值a时，即可判定空行程结束。由可编程控制器PLC(1)控制进入粗超工步。

本发明技术方案的应用，在工件超精研过程中，能够准确的实时监测工件电机负载电流的变化，并通过数字运算控制油石空行程结束与粗超工步的状态转换。提高了工件超精工艺的科学性、先进性，保证了超精质量的稳定性。

本发明通过如下的技术方案进行实现：

一种使用通讯技术实现超精研机的在线监测控制系统，其包括一可编程控制器(1)，一通讯模块(2)，一驱动工件电机的变频器(3)以及一驱动油石往复振荡电机的变频器(4)，其中，所述的驱动工件电机的变频器(3)和驱动油石往复振荡电机的变频器(4)分别驱动工件电机(5)旋转和油石往复振荡电机(6)运转；所述可编程控制器(1)与通讯模块(2)组合，从通讯模块(2)引出两条网线，分别连接驱动工件电机的变频器(3)和驱动油石往复振荡电机的变频器(4)的通讯接口，可编程控制器(1)输出指令，通过通讯模块(2)连接的网线控制两个变频器的启动、停止、运行频率的设定以及实现油石加压空行程结束时的工步转换。

所述使用通讯技术实现超精研机的在线监测控制系统，其中可编程控制器(1)通过通讯模块(2)和网线对变频器的控制、进而控制工件电机(5)和油石往复振荡电机(6)的步骤如下所述：

系统启动，工件套圈在工件电机(5)驱动的端面支撑上压紧定位；

相应工件上的端面压紧行程开关闭合，可编程控制器(1)读取工件套圈已被压紧定位的信息；

可编程控制器(1)输送工件电机的设置频率(f1)送入交流变频器(3)内，再输送启动命令启动交流变频器(3)，交流变频器(3)即驱动工件电机(5)旋转；

交流变频器(3)的输出频率达到可编程控制器(1)指令的设置频率(f1)时，交流变频器上(3)的输出接口(1FU)闭合，向可编程控制器(1)输送交流变频器(3)的输出频率达到f1的信息；收到后，可编程控制器(1)即读取交流变频器(3)的输出频率达到f1时，交流变频器(3)的输出电流值(I₀)，并将该输出电流值存储于可编程控制器(1)的存储器；

可编程控制器(1)控制加压油缸(10)动作，将油石压向工件沟道，油石往复振荡电机运转，进入空行程过程；与此同时，可编程控制器(1)实时读取交流变频器(3)的瞬时输出电流值I并计算I/I₀的值；

可编程控制器(1)的存储器中存储有一预先设定的值，可编程控制器(1)将该值与I/I₀的值进行比较，当I/I₀的值达到或超过该值时，可编程控制器(1)判定油石空行程结束，油石已接触工件沟道，此时，可编程控制器(1)控制加压油缸(10)带动油石压向沟道的压力增大，降低交流变频器(3)的供电频率至预定值(f2)，提高变频器(4)的频率至预定值(f3)，进入粗超工步。

结合图4所示的本发明系统中可编程控制器PLC(1)通过通讯模块(2)和网线对变频器的控制、进而控制工件电机(5)和油石往复振荡电机(6)的流程图，下面提供了一个具体的实施例。

本公司研制成功的3MB3010C轴承套圈沟道超精研机中使用了如图1所示的本发明的一种使用通讯技术实现超精研机的在线监测控制系统。机床的液压系统通过可编程控制器PLC(1)控制电磁阀实现机床动作。在自动工作过程中，首先上料，按下“循环工作”按钮，进入自动工作状态。液压电磁阀-2YV吸合，工件端面被压紧，定位。此时端面压紧行程开关-SQ4闭合，此信号输入可编程控制器PLC(1)，可编程控制器PLC(1)采用通讯方法将工件电机的设置频率f1送入交流变频器(3)内，再送启动命令启动变频器(3)。此刻，变频器(3)输出电压频率从零到f1线性增长，驱动工件电机(5)旋转。当交流变频器(3)输出频率达到f1时，交流变频器(3)上的一对输出接点1FU闭合。此信号输入可编程控制器PLC(1)后，可编程控制器PLC(1)通过网线利用通讯模块(2)从交流变频器(3)中读出输出电流的数字值I₀，并存储之。然后可编程控制器PLC(1)控制加压油缸(10)动作，油石压向工件沟道，进入空行程过程。在此过程中，连续不断的读取交流变频器(3)的瞬时输出电流值I，并且计算I与I₀的比值a。当a达到或超过1.15(此值为现场工艺试验测定)时，可编程控制器PLC(1)判定油石空行程结束，油石已压上工件沟道。这是因为油石与工件沟道表面接触的摩擦力致使工件电机的负载电流增大。然后，可编程控制器PLC(1)控制油石压力增大，降低交流变频器(3)的供电频率为f2，提高变频器(4)的频率为f3，工作稳定进入粗超精阶段。因为用通讯方法检测变频器供电电流的周期为50ms，所以该系统实现了准确快速的在线监测与控制功能，很好的保证了超精研效率与超精研质量。

本发明的系统，硬件上是用可编程控制器PLC(1)加通讯模块(2)，通过网线控制驱动工件电机的交流变频器。软件上使用通讯方法实时采样、运算，进而达到在线监测控制的功能。