1.引言

        隨著我國機械裝備、汽車工業等行業的快速發展，我們對軸承加工設備，尤其是高精度、高效率、高可靠性的軸承磨床需求量十分龐大。軸承，作為機械工業的基礎件，其加工設備的重要性非常突出。目前，我們國家的軸承加工設備相對存在加工精度差，重復精度不高、生產效率低的問題，生產的軸承和國外品牌有相當大的差距。以小型球軸承加工設備為例，有許多個體企業還在使用手工作業生產，這從側面說明了我們在設備的自動化控制方面還有許多工作要做。當然，軸承設備的機械加工精度要求很高，在此基礎上，設計一套優秀的自動控制系統及其控制軟件非常重要。筆者在參與某集團公司的新型軸承自動化生產線的研制過程中，引進光洋電子的伺服控制模塊，成功設計出了一套新的軸承磨床控制系統并完成系統軟件的設計。值的一提的是，光洋（KOYO）精工是日本的軸承生產龍頭企業之一，其軸承磨削的自動化控制確有其獨到之處。

2.工作原理及控制要求

　　以RF-3MZ203小型軸承內圓磨為例，其機械結構的關鍵在于磨削進給機構，一般采用直線導軌和滾珠絲杠總成。加工時，工件（軸承套圈）高速旋轉，磨削進給機構控制砂輪精確運動，進行磨削加工。所以，磨削進給的控制精度十分重要，這里采用安川的全數字化交流伺服系統控制。

該磨床自動化控制的總體要求是

　　（1） 開關量輸入64點，開關量輸出24點。

　　（2） 采用伺服定位模塊控制安川的交流伺服系統。由于內圓磨床磨削加工時有測抓在線測量，所以需要構成全閉環伺服控制。加工效率高，要求伺服系統有良好的高速響應能力；加工精度高，要求伺服系統有良好的剛性，以及優秀的低速性能。總體上要求伺服系統在高、低極限都能達到良好的性能。加工精度達到1μm

　　（3） PLC控制多臺變頻器。

　　（4） 采用觸摸式人機界面，操作直觀方便，界面友好。

　　（5） 具備PLC總線連接能力，可以進行整條生產線的聯網控制。

3.控制系統硬件設計

        根據上述控制要求，PLC選擇光洋電子的SU系列，變頻器和交流伺服選擇安川的產品，觸摸屏選用光洋電子的GC-55EM2，共同組成磨削自動控制系統。選擇光洋PLC主要是因為其中的U-01SP單軸伺服控制模塊可以與交流伺服驅動系統良好的配合，達到優良的高、低速性能，而且伺服電機的編碼器信號直接反饋到該模塊，測抓反饋的中斷控制信號也直接反饋到該模塊，從而構成真正意義上的閉環控制。該模塊在光洋精工已經得到長期應用。安川的交流伺服剛性好，技術先進、質量穩定，用于軸承加工設備非常合適；其變頻器具備MODBUS總線，由于光洋電子的SU系列CPU模塊的通訊口已經內置MODBUS協議，所以可以采用通訊方式控制多臺變頻，相比原先類似系統采用的模擬量輸出控制簡化了PLC硬件配置從而大幅節約了成本。值得一提的是SU-5M通訊功能強大，CPU自身具備3個通訊口，分別用于觸摸屏通訊、變頻器通訊、總線控制，而不需要單獨的通訊模塊，對提高配置的性價比起到了十分關鍵的作用。

4.控制軟件設計

        軸承磨削的工藝十分復雜，磨削的方式有多種。本磨床主要是通過控制磨架的前后運動與砂輪進給機構相配合，完成磨削過程。控制的要點在于磨削進給機構的動作，也就是伺服系統的控制。本系統中的U-01SP可以用類似CNC的G代碼控制，從而實現復雜的程序結構。利用這套系統，我們實現了電氣原點的手動設置、手動調整模式與自動運行模式的切換、單次運行（半自動）與連續自動運行的自由切換、砂輪的各種修正模式、以及順序復位（按機床動作流程，到需要返回時按原先已經動作的順序反方向倒退回初始狀態。因為機床的各部件動作需要錯開，同時復位會造成碰撞）。U-01SP與PLC的信息交換通過該模塊占用的輸入輸出點進行。

程序控制分為兩部分，CPU內的主程序為傳統的PLC梯形圖程序，該程序采用光洋的級式語言編程，依據工藝流程圖編寫，結構明晰、調試方便；U-01SP內下載伺服控制程序，整個磨削過程及砂輪修正程序均包含在G代碼伺服程序內。當PLC主程序需要調用伺服程序時，只需要控制U-01SP的對應輸出繼電器即可。如啟動自動運行，只需將Ｑn＋０２輸出為ON；如啟動手動反轉，將Ｑn＋０3置為ON即可，伺服運行時Ｉn＋０２為ON顯示伺服系統運行中（BUSY）。限于篇幅，詳細的工藝流程圖在此無法展開，這里給出砂輪修正部分的PLC程序示例