數(shù)控蝸桿砂輪磨齒機(jī)在客戶使用中經(jīng)常發(fā)生修整器與主軸之間的碰撞，導(dǎo)致機(jī)床加工精度喪失，需要反復(fù)對各軸進(jìn)行精度校驗。針對這一問題，通過分析用戶加工程序與 PLC 之間通訊信號的處理、NCK 數(shù)字輸入信號 IN 的邏輯判斷，找出了問題的根源在于 PLC 邏輯判斷以及加工程序中接口信號應(yīng)用不當(dāng)，導(dǎo)致了該設(shè)備安全保護(hù)處理不到位。經(jīng)過修改，問題得到了根本性的解決，提高了設(shè)備的可靠性。

　　1 引言

　　數(shù)控蝸桿砂輪磨齒機(jī)是一種高效率高精度的數(shù)控齒輪加工機(jī)床，在該設(shè)備上加工出合格的齒輪需要 2 個主要的加工過程:

　　1) 修整滾輪對砂輪的修行;

　　2) 砂輪對工件的磨削。

　　數(shù)控蝸桿砂輪磨齒機(jī)屬于高速高精度加工機(jī)床，對每個伺服軸的幾何精度要求都很高，一旦發(fā)生部件之間 的碰撞，相關(guān)伺服軸需要重新校對幾何精度，處理起來非常麻煩。因此對于該機(jī)床的安全保護(hù)處理顯得尤為重要。

　　2 問題的發(fā)生

　　該數(shù)控蝸桿砂輪磨齒機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。正常情況下，修整器回轉(zhuǎn)時徑向進(jìn)給 X 軸( 即大立柱) 應(yīng)該處于后位，修整器回轉(zhuǎn)不到原位時徑向進(jìn)給 X 軸不能負(fù)方向進(jìn)給。這就需要對修整器的位置作出準(zhǔn)確的判斷。如果修整器的回轉(zhuǎn)安全信號處理不當(dāng)，很容易發(fā)生修整器與刀架主軸的碰撞，這種情況下修整器、刀架主軸 B 軸、 竄刀 Y 軸、滑板 Z 軸的精度都會受到影響，設(shè)備在用戶使用中偶爾會出現(xiàn)這樣的問題: 修整器修完砂輪后在回轉(zhuǎn)至原位的過程中 X 軸快速向前進(jìn)給導(dǎo)致發(fā)生修整器與砂輪的碰撞。

　　1—X 軸; 2—Y 軸; 3—Z 軸; 4—修理器

　　圖 1 數(shù)控蝸桿砂輪磨齒機(jī)坐標(biāo)軸分布圖

　　3 問題的原因

　　針對以上問題著重對修整器( 圖 2) 的電氣穩(wěn)定性進(jìn)行分析，首先檢查 PLC 的信號處理以及加工程序?qū)π盘柼幚淼倪壿嬇袛?。發(fā)現(xiàn) PLC 中修整器原位信號 IN[16]的處理，如圖 3 所示。

　　1—SQ3 修整器原位 2—SQ5 修整器夾緊位

　　3—SQ6 修整器松開位 4—SQ4 修整器修整位

　　圖 2 修整器開關(guān)分布圖

　　圖 3 IN[16]信號處理梯形圖

　　IN[16]為 PLC 處理的與加工程序進(jìn)行通訊的快速數(shù)字輸入信號。加工程序中通過判斷 IN[16]的值判斷修整器的位置狀態(tài)( 修整器正常停止?fàn)顟B(tài)只有 2 個: 原位和修整位) 。根據(jù)圖 3 PLC 梯形圖可以作出如下推斷: SQ4 和 SQ5 兩個開關(guān)中只要有一個開關(guān)信號不接通，那么 PLC 輸出的 IN[16]信號就為 1。即修整器不在修整位( SQ4 不發(fā)訊) 或者修整器沒有夾緊到位( SQ5 不發(fā)訊) 時輸出信號 IN[16]皆為 1。而在修整器旋轉(zhuǎn)過程中 SQ5 是不發(fā)訊的，即 IN[16]信號也為 1。也就是說 IN[16]信號等于 1 時，修整器所處的位置不唯一。所以加工程序中憑 IN [16]信號等于 1 判斷修整器在原位顯然有問題。那么這里只能采取反邏輯判斷，由圖 3 可知，只有 SQ4 和 SQ5 都不接通，即修整器在修整位而且處于夾緊狀態(tài)下時，PLC 輸出 IN[16]= 0。這個信號所處的位置是唯一的，憑借 IN [16]= 0 來判斷修整器在修整位是可行的。

　　設(shè)備加工程序中誤將 IN[16]= 1 作為修整器在原位的判斷依據(jù)，導(dǎo)致信號誤判。原加工程序如下:

　　IF $ A_IN[16]= = 1( 修整器在原位)

　　DRESSER_UNCLAMP( 修整器松開)

　　G04F1.0( 延時 1 秒)

　　DRESSER_COME_IN( 修整器轉(zhuǎn)至修整位)

　　G04F1.0( 延時 1 秒)

　　STOPRE

　　DRESSER_CLAMP( 修整器夾緊)

　　ENDIF

　　. . . . . .

　　IF $ A_IN[16]= = 0( 修整器在修整位)

　　DRESSER_UNCLAMP( 修整器松開)

　　G04F1.0( 延時 1 秒)

　　DRESSER_BACK_OUT( 修整器回原位)

　　G04F3.0( 延時 3 秒)

　　STOPRE

　　DRESSER_CLAMP( 修整器夾緊)

　　G04F0.1

　　IF $ A_IN[16]= = 1( 修整器在原位)

　　GRINDING_TOOL( X 軸快進(jìn)，進(jìn)行磨削)

　　. . . . . .

　　通過前面的分析可知，當(dāng)砂輪修整結(jié)束后，在修整器轉(zhuǎn)回原位的過程中，IN[16]信號即變?yōu)?1，而此時并非一定是回到原位。此時靠 IN[16]= 1 判斷修整器已回原位或在原位，顯然有所欠缺，會造成誤判導(dǎo)致 X 軸快速進(jìn)給，以致于砂輪與修整器發(fā)生碰撞。之所以不是每臺設(shè)備會發(fā)生問題，是因為加工程序中修整器旋轉(zhuǎn)后有延時處理，回轉(zhuǎn)油缸動作順暢的話，靠延時修整器回轉(zhuǎn)動作即可完成，回轉(zhuǎn)完成后 X 軸進(jìn)給因而不會發(fā)生碰撞危險。但是一旦回轉(zhuǎn)油缸動作不暢，延時結(jié)束后修整器沒轉(zhuǎn)回到原位，而此時 IN[16]信號卻已變?yōu)?1，就會導(dǎo)致 X 軸快速向前進(jìn)給，導(dǎo)致刀架主軸與修整器發(fā)生碰撞。

　　4 問題的處理

　　由于 IN[16]= 1 的狀態(tài)是不唯一的，根據(jù)此信號判斷修整器在原位會導(dǎo)致系統(tǒng)對修整器位置的誤判，而 IN [16]= 0 只能作為修整器修整位的判斷信號。因此想判斷修整器在原位，必須增加修整器原位判斷信號 IN[30]。通過 IN[30]= 0 判斷修整器是否處于原位狀態(tài)。其 PLC 編寫如圖 4 所示。

　　圖 4 IN[30]信號處理梯形圖

　　同樣分析可以得出，當(dāng)開關(guān) SQ3 和 SQ5 中只要有一個信號不接通，PLC 輸出信號 IN[30]皆為 1。修整器在旋轉(zhuǎn)過程中夾緊到位信號 SQ5 始終為 0，此狀態(tài)下 IN[30]信號為也 1，也就是說，IN[30]信號等于 1 的狀態(tài)不唯一。而修整器只有處于原位而且處于夾緊狀態(tài)時 IN[30]= 0，此狀態(tài)是唯一的。所以通過 IN[30]= 0 判斷修整器在原位是可取的。

　　通過增加 IN[30]這一快速數(shù)字輸入信號，用戶加工程序中通過 IN[16]= 0 判斷修整器是否在修整位，IN[30]= 0 判斷修整器在原位，兩信號只判“0”不判“1”，即可安全準(zhǔn)確地判定修整器的位置，不會出現(xiàn)誤判而導(dǎo)致修整器與刀架主軸的碰撞。更改后的加工程序如下:

　　IF $ A_IN[30]= = 0( 修整器在原位)

　　DRESSER_UNCLAMP( 修整器松開)

　　DRESSER_COME_IN( 修整器轉(zhuǎn)至修整位)

　　G04F1.0( 延時 1 秒)

　　DRESSER_CLAMP( 修整器夾緊)

　　ENDIF

　　WHILE $ A_IN[16]< > 0

　　SETAL( 67151) ( 修整器不在修整位)

　　G04F0.1

　　STOPRE

　　ENDWHILE

　　. . . . . .

　　DRESSER_UNCLAMP( 修整器松開)

　　DRESSER_BACK_OUT( 修整器回原位)

　　G04F3.0 ( 延時 3 秒)

　　DRESSER_CLAMP( 修整器夾緊)

　　G04F0.1( 延時 1 秒)

　　WHILE $ A_IN[30]< > 0

　　SETAL( 67150) ( 修整器不在原位)

　　G04F0.1

　　STOPRE

　　ENDWHILE

　　GRINDING_TOOL( X 軸快進(jìn)，進(jìn)行磨削)

　　. . . . . .

　　5 結(jié)語

　　通過分析數(shù)控蝸桿砂輪磨齒機(jī) PLC 與加工程序之間有關(guān)通訊信號的處理，根據(jù) PLC 邏輯關(guān)系的判斷，合理增加和更改了 PLC 和用戶程序之間的接口信號，準(zhǔn)確地判斷了修整器各種狀態(tài)所在的位置，有效的解決了由于接口信號誤判所導(dǎo)致的修整器與砂輪主軸的碰撞，減少了設(shè)備的故障發(fā)生率，提升了設(shè)備的可靠性以及用戶對設(shè)備的認(rèn)可。