光栅尺和PLC在圆锥滚子无心磨床上的应用

为了提高圆锥滚子无心磨床工作台的进给精度，在工作台上装了一个光栅尺，光栅尺和工作台的伺服驱动系统构成一个完整的全闭环控制系统，确保了工作台的进给精度和重复精度1μ要求，也大大提高了圆锥滚子的加工精度和加工效率。

圆锥滚子无心磨床由砂轮体、导轮体、工作台、修整器等四部分组成，圆锥滚子是在砂轮和导轮之间穿过磨削加工而成的，导轮体安装在工作台上，导轮体随工作台的移动而移动，滚子的磨削量由工作台移动，调节砂轮和导轮之间的间隙决定，工作台的进给精度直接影响了滚子的加工精度，工作台的进给是由伺服电机和一对丝杆螺母副带动进给的，属于半闭环控制系统。

由于丝杆存在间隙以及联轴器、机械零件、导轨存在刚性不足甚至摩擦力影响等问题，这种半闭环控制系统得不到工作台进给精度1μ要求，只有在工作台上加装光栅尺，使控制系统构成一个完整的全闭环控制系统，才能满足用户要求。

系统方案

1 系统框图

图1 系统框图

2 系统配置

（1）Q02CPU

（2）通讯模块QJ61BT11N

（3）定位模块QD75P1

（4） 输入模块QX41

（5）输出模块QY10

（6）高速计数器模块Q62D

（7）伺服驱动器MR-J2S-350A

（8）伺服电机HC-SFS352

（9）线性驱动光栅尺

3 控制原理

在操作屏上设定工作台需要进给的距离，PLC根据设定的距离发相应的脉冲到驱动器，伺服电机带动工作台移动，光栅尺静触头固定在工作台上，动触头固定在床身上，当工作台移动时，光栅尺反馈的脉冲反馈到高速计数器，高速计数器把光栅尺反馈的脉冲和设定的重合脉冲进行比较，若相等高速计数器向CPU发中断指令，CPU执行中断处理程序，给伺服电机发停止指令，工作台停止移动。

参数设置

1 PLC有关参数设置

打开三菱编程软件GT Developer，在“参数”设置项设置PLC参数,包括模块类型和I/O地址，高速计数器模块Q62D安装在第4槽位，起始地址为0060，具体设置如图2；智能功能模块高速计数器的开关设置如图3。

图2 PLC参数

图3 高速计数器开关设置

这里开关1设为0025，数据含义表示计数器计数的格式为线形计数器，计数速度为200kpps,脉冲输入模式为2相4的倍数。

2 利用实用程序包Gx Configurator-CT设置高速计数器，要进行初始化设置和自动刷新设置。在编程软件Gx Developer 工具栏中点击，工具\智能功能模块\start,进行如图4初始化设置和图5自动刷新设置。

图4 初始化设置

图5 自动刷新设置

2 中断设置

在编程软件的“参数/PLC参数/PLC系统/中断点设置”项目中设置中断设置，具体如图6。

图6 中断点设置

程序设计

根据高速计数器模块安装的位置和缓冲器地址分配可知：

（1）高速计数器模块预设值存储地址为D60

（2）高速计数器模块当前值存储地址为D62

（3）高速计数器模块重合值存储地址为D64

程序设计框图如图7。

图7 程序框图

应用效果

在未装光栅尺的半闭环控制系统中，由于机械传动方面的摩擦力或机械零件弹性变形等影响，在触摸屏上输入1μ或2μ等微距离的进给命令时，工作台并不一定能进给设定好的距离，经试验，只有在设定距离大于3μ时，工作台才能克服机械外在阻力或机械变形影响，进给到设定距离。

由于这种半闭环控制系统进给精度的影响，滚子每次磨去的尺寸小于设定尺寸，需要人工补偿进给工作台，才能使滚子磨到规定尺寸，但由于操作工水平限制，有可能使滚子尺寸磨小以致报废或降低了滚子精度等级，并且这种半闭环系统，由于需要人工多次测量滚子精度，以便确定工作台手动补偿进给量，这样就影响了加工滚子的效率。

在工作台上装了光栅尺后，进给系统构成了完整的闭环控制系统，撇开了工作台机械方面原因对进给精度的影响，采用全闭环控制后，工作台进给精度由原来3μ提高到1μ，加工效率由原来的80粒/每分钟提高到100粒/每分钟，Ⅱ级精度的滚子成品率由原来的80%提高到95%以上。

结束语

在这种无心磨床控制系统上加装光栅尺后，工作台进给精度和重复精度得到了大大提高，确保了该机床可以加工Ⅱ级精度的滚子，并且也大大提高了产品质量和加工效率，创造了显著的经济效益，受到了用户好评。

（编自《电气技术》，标题为“光栅尺和PLC在圆锥滚子无心磨床上的应用”，作者为孟红军。）

西门子数控系统附加光栅尺如何进行系统参数设置

给西门子数控系统配第2编码器，也就是全闭环控制，西门子参数如何设置呢？

增加第二测量回路及增加光栅尺功能

首先修改PLC程序，PLC程序修改DB3x.DB1.5=0, 第一测量系统；DB3x.DB1.6=1第二测量系统生效。

1、普通光栅尺

机床数据进行修改

MD30200=2

N30200 $MA_NUM_ENCS[AX1]=2

N30240 $MA_ENC_TYPE[1,AX1]=1

N31000 $MA_ENC_IS_LINEAR[1,AX1]=1

N31010 $MA_ENC_GRID_POINT_DIST[1,AX1]=0.02

N31040 $MA_ENC_IS_DIRECT[1,AX1]=1

N32110 $MA_ENC_FEEDBACK_POL[1,AX1]=-1

N34060 $MA_REFP_MAX_MARKER_DIST[1,AX1]=500

2、带距离编码光栅尺：

机床数据

MD30200=2

N30200 $MA_NUM_ENCS[AX1]=2

N30240 $MA_ENC_TYPE[1,AX1]=1

N31000 $MA_ENC_IS_LINEAR[1,AX1]=1

N31040 $MA_ENC_IS_DIRECT[1,AX1]=1

N32110 $MA_ENC_FEEDBACK_POL[1,AX1]=-1

MD34200 ENC_REFP_MODE=3

N31010 $MA_ENC_GRID_POINT_DIST[1,AX1]=0.04 ;光栅尺分辩率

MD34310 ENC_MARKER_INC =0.04 ；两个零脉冲之间的差值

MD 34300 ENC_REFP_DIST=80 ：两个零脉冲之间的距离

N34060 $MA_REFP_MAX_MARKER_DIST[1,AX1]=80 ；找参考点的最大距离

MD34320 ENC_INVERS[1] ; 0光栅尺与机床同方向，1光栅尺与机床反方向

MD34000 REFP_CAM_IS_ACTIVE =0

3、绝对光栅尺：

机床数据

MD30200=2

N30200 $MA_NUM_ENCS[AX1]=2

N30240 $MA_ENC_TYPE[1,AX1]=4

N31000 $MA_ENC_IS_LINEAR[1,AX1]=1

N31010 $MA_ENC_GRID_POINT_DIST[1,AX1]=0.02 //根据光栅尺的型号来定

N31040 $MA_ENC_IS_DIRECT[1,AX1]=1

N32110 $MA_ENC_FEEDBACK_POL[1,AX1]=-1

N34060 $MA_REFP_MAX_MARKER_DIST[1,AX1]=500

MD34200 ENC_REFP_MODE=0

MD34102 REF_SYNC-ENC=1

MD1030=18H

4、全闭环回参考点（光栅尺为距离编码）

如果是光栅回零的话，请参考以下方法：

机床数据

1、34200=3 光栅尺使用类型

2、34300[1]=20mm 直线光栅尺标准参考点标志栅格间距（LS486C为20mm）

3、34060[1]=40 返回参考点最大移动距离=2倍直线光栅尺标准参考点标志栅格间距

4、34000=0 不使用进给轴返回参考点凸轮，不用返回参考点减速开关信号（DB31.DBX12.7）

5、34090=XXX 返回参考点偏移值

6、34310[1]=0.020 光栅尺信号节距（LS486C为0.020mm）

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