三菱伺服在精密双面研磨机上的应用———三菱伺服在精密双面研磨

引言：近年来，随着高精产品特别是制冷、汽车、液压、气动、电子元件等行业的不断发展，对产品平面的加工精度、尺寸一致性、加工效率等要求越来越高。为此我们开发了一种带自动测量及上下料装置的高效平面研磨的专用机床－精密双面研磨床，用于批量零件的研磨，适用于钢、铸铁、铜、硬质合金、陶瓷、单晶硅等的双面加工。

  一、 工艺简介
      双面研磨机主加工是将工件放在行星轮内由中心轮带动作圆周运动，上、下研磨盘旋转磨削加工，其中研磨不同材料和形状工件所需的工艺转速不同。中心轮的旋转既要为驱动提供动力，又要能实现带动载盘定位以便于上下料。而伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统，可以非常灵活方便地控制，驱动装置输出的力矩、速度和位置。为此我们选择上、下研磨盘的旋转由变频器驱动，中心轮则由三菱MR-J3S-200A控制中惯量伺服电机HF-SP-202与SEW减速机联接，为负载提供驱动。

  二、 控制设计
      三菱通用伺服MELSERVO-J3是在MELSERVO-J2-Super系列的基础上开发的性能更高、功能更丰富的交流伺服。控制模式可以分为位置、速度、转矩三种模式，也可以选择位置/速度、速度/转矩、转矩/位置切换控制。三菱伺服可以实现高精度定位和平滑的速度控制，实时的自动调整功能可以根据机械自动调整伺服的增益。J3系列伺服电机采用了分辨率为262144脉冲/转的绝对位置编码器，与J2系列相比可以进行更高精度的控制。
       在本机中我们采用位置/速度切换模式，LOP为0时为位置模式控制，为1时为速度模式控制，外部线路由继电器KA2控制。正常加工时我们用速度模式，通过SP1、SP2的状态切可以换成不同的速度控制，为随时快速调定所需的转速，采用电位器无级调速，转速由数显表显示。在上、下料时使用位置控制模式，在触摸屏上设定相应“载盘数目”，由定位程序完成所需旋转角度。依次将所有载盘推入或托出即可，这样方便快捷地完成了上下料，节约了大量时间，提高了效率。因本机中有四种操作模式，各模式下中心轮的旋向又均需独立控制，所以由PLC控制ST1、ST2正反转启动。
伺服部分线路图如下：

   
        其中KA1、KA2、KA9、KA10、KA21、KA22分别由PLC的输出点控制，X04、X12则接于PLC的输入点上作为运行的判定条件。

  三、 伺服调试
      在确保整个系统的机械安装和电器的正确连接完毕后，通过试运行模式的JOG运行进行试运行。
三菱J3伺服放大器共有四组参数，PA组为基本设定参数；PB组为增益、滤波器参数设定组；PC组为扩展设定参数组，可以对加减速时间，内部速度，模拟速度指令最大转速，模拟量监视输出等参数进行设定；PD组为对输入输出进行设定的参数组，可以将伺服ON、正反转行程末端直接进行定义，无需外部接线；PC、PD两组参数按伺服运转所需进行设定即可。
针对本机我们重点对PA、PB两组参数设定如下。
      PA01控制模式设为1，速度/位置转换模式；PA06、PA07电子齿轮比与定位模块相结合，计算出实现机床定位运转角度所需的最佳比值。因J3系列三菱伺服放大器较J2-Super系列增加了实时自动调整功能，能实时推断机械的负载惯量比，自动设定最优的增益。所以我们采用自动调整模式，将PA08设为0001，选择自动增益调整模式1。系统将自动设定PB06 负载和伺服伺服电机的惯量比；PB07模型环增益，设定到目标位置的响应增益；PB08位置环增益，主要控制负载变化的位置响应性；PB09速度环增益，主要控制低刚性、回差大的机械发生振动时的设定；PB10速度积分补偿，控制伺服电机、机构的固定偏差和整个机构的抖动。如果机械发生振动，齿轮声音很大时可以调整自动调谐响应性PA09。另外我们将PB01设为1滤波器调谐模式时，PB13机械共振抑制滤波器1和PB14陷波形状设定值将自动变更，而PB01将在经过一定次数的定位调谐完成后会自动变为PB02手动模式。
通过四组参数的设定和运转，就基本完成了对伺服系统的调试。
      我们也可以通过伺服设置软件SETUP221E对伺服放大器进行手动调整。软件中通过机械分析器可以得到机械的共振频率及自动设定最优的增益值；通过增益搜索能自动在最短时间内进行定位整定的增益；通过机械模拟来对增益调整和指令形式进行最优化；将以上所测得的数据写入伺服放大器中运行即可。这种方式虽然更精确，但较自动调试要费时费力，所以在能保证运行平滑稳定，无振动的情况下，我们用自动调整即可。

  四、结束语
      由三菱伺服控制的精密研磨机是一种具有广泛应用领域的正在不断完善的高新技术机械设备。随着市场竞争的日趋激烈，该设备将会替代进口设备，被越来越多的企业所应用，并将给企业带来巨大的经济效益。