某用戶的一多齒軋輥磨床其控制系統(tǒng)原采用計算機，后因使用年久，其控制顯示系統(tǒng)老化無法正常工作，需要進行改造。經(jīng)過綜合分析，筆者決定采用三菱m70 數(shù)控系統(tǒng)對其進行改造。該磨床經(jīng)改造后其功能滿足了客戶的各項要求，而且提高了系統(tǒng)可靠性和加工程序的編程柔性，現(xiàn)將改造調(diào)試過程及磨床程序的編制做一介紹。
一． 基本配置
該多齒軋輥磨床的機械部分可以保持留用，其運動軸如下：
1.) 工作臺移動軸――該軸帶動工件做循環(huán)往復運動，承重量大.
2.）分度軸――由于磨削對象是多齒軋輥，而且軋輥的齒數(shù)也經(jīng)常變化，所以要求cnc 系統(tǒng)有很高的分度精度.
3). 磨削砂輪軸――該軸驅(qū)動磨削砂輪上下運動，還必須與工作臺移動軸做插補運動。
4). 修刀器軸――該軸驅(qū)動修刀器上下運動，實現(xiàn)對主砂輪的修磨。
本次改造采用的數(shù)控系統(tǒng)是三菱m70系統(tǒng)，其主要配置如下：
1. 控制器：三菱m70;
2. 伺服驅(qū)動器：mds-c1-v2-7035
3. 伺服驅(qū)動器：mds-r-v1-80;
4. 伺服驅(qū)動器：mds-r-v1-20;
5. 伺服電機：ha700nc-sr/ose104;（7kw/2000rpm）
6. 伺服電機：ha100nc-s/ose104; （2kw/2000rpm）
7. 伺服電機：hf354s-a48（3.5kw/2000rpm）
8. 伺服電機：hf105s-a48（1kw/2000rpm）
9. 電源單元：mds-c1-cv110
在該配置中，有四套伺服電機，其中
a) ha700nc ――7kw電機 用于工作臺往復運動，該軸為x軸。加工工件置于工作臺上；
b) 伺服電機ha100nc 2kw 用于z軸，z軸用于驅(qū)動主砂輪上下運動，z 軸可以與x軸做插補運動，
c) 伺服電機 hf354s-a48 3.5kw電機用于分度軸，帶動工件旋轉(zhuǎn)分度；多齒軋輥磨床主要的功能就是需要分度。
d) 伺服電機 hf105s-a48伺服電機 用于驅(qū)動砂輪修刀器。
主砂輪的旋轉(zhuǎn)通過變頻器控制，轉(zhuǎn)速可以通過cnc 系統(tǒng)控制。
整個系統(tǒng)的制動為“電源再生制動”。所以系統(tǒng)配備了電源再生單元：mds-c1-cv110；
本系統(tǒng)的配置特點是：成本低。對于大功率伺服電機采用了“一拖二”雙驅(qū)動器；即采用一臺驅(qū)動器mds-c1-v2-7035 控制兩臺伺服電機。該驅(qū)動器能控制一臺7kw電機和一臺3.5kw電機。本工程中使用的是一臺7kw電機和一臺2.0kw電機。
另一特點是不同類型的驅(qū)動器共用，在本系統(tǒng)配置中，使用了mds-c1型驅(qū)動器 和mds-r型驅(qū)動器. 這是因為mds-r型驅(qū)動器所能驅(qū)動的電機范圍大是3.5kw,而且其價格便宜，所以在一套m70cnc中使用了不同類型的驅(qū)動器。在本系統(tǒng)中，不同驅(qū)動器的排列也不受限制，其軸號由驅(qū)動器上的旋鈕確定。
二． 調(diào)試中的問題及故障排除
2.1 z軸速度問題及對“電子齒輪比”的分析
該磨床的z軸為驅(qū)動主砂輪箱上下運動的軸，其機械部分部件繁多，重量大，因此除了采用配重平衡其重量外，還配用了減速比達60 的齒輪箱，這樣可以減少對伺服電機工作扭矩的要求，選用額定扭矩較小的電機以降低成本。
配用在z軸上的伺服電機為ha100nc-s，其額定速度2000rmp, z軸螺距為10mm，減速比＝60,因此
z軸實際額定速度＝[2000/60]*10
= 333mm/分
這一速度對自動加工時，僅僅做微小距離的修刀量移動尚可滿足。
但是要做圓弧插補運行，其速度就受到了限制。
有什么辦法能提高z軸的速度嗎？廠家提出是否可以用“電子齒輪比”來進行調(diào)節(jié)？
通用伺服系統(tǒng)可以通過調(diào)整“電子齒輪比”來調(diào)整“指令脈沖”與“進給距離”的關(guān)系；確定 “電子齒輪比”的幾個因素是：
1.)編碼器每轉(zhuǎn)反饋脈沖；（即驅(qū)動電機一轉(zhuǎn)所需要的脈沖）
2.)機械減速比；
3.)螺距；
由以上參數(shù)經(jīng)過計算可以獲得每一脈沖對應的運行距離。而每秒鐘發(fā)出的脈沖數(shù)即確定了運行速度；
而在數(shù)控系統(tǒng)中，沒有專門的“電子齒輪比”參數(shù)，
但實際上在三菱 m70cnc中由于有下列參數(shù)：
1. #2219------編碼器分辨率
2 #2218------螺距；
3 .#1003----輸入指令單位
#2201----電機側(cè)齒輪數(shù)
#2203----機械側(cè)齒輪數(shù)
當以上參數(shù)設定后，nc 內(nèi)部已經(jīng)計算出了電子齒輪比。
其中參數(shù)#2218, #2219其含義比較明確，
參數(shù)#1003-----設定“輸入單位”； #1003是nc 內(nèi)部進行計算的基本單位；
一般操作者只在為“自動程序”包括（mdi）編程時設定各軸運行位置，這時輸入的數(shù)字就受到“輸入單位”的影響。這是很顯然的。
另外，在進行“螺距補償”和“反向間隙補償”時， 其單位只有#1003的1/2, 即能進行更精確的補償，例：
當“螺距補償”和“反向間隙補償”值為100, 實際補償值僅僅為50;這就是#1003對其他參數(shù)的影響；
與之相近的另一參數(shù)是#1015-----移動指令單位。既然已經(jīng)設定了#1003, 那#1015又起什么作用呢？#1015的定義是“程序移動量的小單位”
為了滿足編程的方便性，可以采用不同單位，可以與#1003相同，也可以與#1003不同，但僅僅只對程序中的移動量起作用，對其他參數(shù)不起作用。必須注意：如果在程序移動量中使用了小數(shù)點。則數(shù)值以“毫米”為單位；
一般來說參數(shù)#2201 #2202構(gòu)成一個齒輪箱。#2201—是連接在電機軸上的齒輪數(shù)，#2202—是連接在機械軸上的齒輪數(shù)；而實際現(xiàn)場，多只知道齒輪箱的減速比，故一般設定#2201=1，#2202=齒輪箱減速比，但如果減速比是小數(shù)，則可以設定#2202/#2201=減速比；
對#2201,#2202 的功能做過實驗。在同樣的速度指令下，增加#2201數(shù)值，速度變快。增加#2202數(shù)值，速度變慢。
以上是對數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)與“電子齒輪”有關(guān)參數(shù)的功能和使用的分析；
從機械結(jié)構(gòu)的角度來看：砂輪箱的運動速度由電機速度－減速比－螺距三因素決定，電機速度的大值就決定了砂輪箱（z）的大速度。調(diào)節(jié)電子齒輪比只能調(diào)節(jié)每一指令單位對于的實際移動距離，而無法改變實際“大速度”的值。
所以大速度必須在對電機選型時予以充分考慮。在本改造項目中，自動運行時z 軸的進給量在0.01—0.03mm之間。按z軸 額定速度：333mm/m計算，運行時間在0.0018—0.0054秒，所以能夠滿足自動運行的要求。對于手動運行而言，設定額定速度為手動速度，基本滿足客戶要求。但今后在對老舊設備改造時，對于配有大減速比齒輪箱的運動軸必須核算其額定工作速度，選用適當?shù)碾姍C。
2.2 插補速度的限制；
該系統(tǒng)調(diào)試完畢，在實驗其加工程序時出現(xiàn)下列情況：
2.2.1 運行自動加工程序時，走直線插補，
g90 g1 x1200.z0.03 f1200.
實際運行速度可以達到程序的運行速度f1200;
2.2.2運行自動加工程序 走圓弧插補：
n20 g91g03 z0x1000. r#6 f1000 (r#6為計算圓弧半徑)
卻出現(xiàn)實際運動速度達不到程序的速度f1000,
而是受制于z軸“g1限制速度”， “g1限制速度”由參數(shù)#2002設定。該數(shù)值即z軸額定速度――333mm/m
這令人迷惑。如果說插補速度受到z軸“g1限制速度”的限制，
為何走直線時不受限制而在走圓弧時限制呢。這個問題提出來就教與高手。
2.3 z55報警及其排除；
該系統(tǒng)調(diào)試完畢試加工時經(jīng)常隨機出現(xiàn)“z55.ri/o未連接”報警，使自動加工中斷。
也有 三菱cnc 開機時，即使沒有連接 遠程i/o單元。也會出現(xiàn)“z55 遠程i/o單元 未連接”報警。為什么會這樣呢？
z55 報警的一般原因是：在控制器和 ri/o 之間的通訊出現(xiàn)了故障：“z55報警” 實際是通訊中斷或紊亂。而不是“ri/o未連接”
所以下列情況可能會引起z55報警。
1. 當控制器與基本i/o之間的通訊電纜cf10插頭松動或出現(xiàn)電纜故障時，會出現(xiàn)z55報警。
2. 當主電機回路絕緣不好時出現(xiàn)過z55報警。這是電機的接地線 和ri/o連接電纜r211的屏蔽線共地引起的故障.
3. sh41電纜也可以用于ri/o連接。sh41電纜沒有屏蔽線。 在較長距離連接時使用了sh411電纜。 由于其沒有屏蔽線接地，會受到外部干擾也出現(xiàn)z55報警。（特別是電柜內(nèi)裝有變頻器時）而且其報警出現(xiàn)是隨機的，沒有規(guī)律。
4. 上電順序不對也會出現(xiàn)z55報警；
所以排除z55報警的方法如下
1. 檢查連接電纜的選擇是否正確以及是否有脫線或虛焊。
必須注意：當控制器與ri/o 在同一控制柜內(nèi)時。可以用sh411
電纜。如果控制器與ri/o不在同一控制柜內(nèi)時，必須使用“fuca-r211”電纜， “fuca-r211”電纜帶有屏蔽線，其屏蔽線必須接地。（fg端子）。
本次改造項目中出現(xiàn)的報警就是連接電纜無屏蔽線，而且電柜內(nèi)又有變頻器。改用帶屏蔽線電纜后故障解除。
2. 對ri/o 的供電是否正常。檢查電源的容量和電壓；。
3. ri/o 單元硬件有故障。
三． 磨削程序的結(jié)構(gòu)
3.1 軋輥磨床的基本工作順序
多齒軋輥磨床對工件的磨削過程有其特殊性，在編制程序前，仔細觀察其他磨床的工作過程，聽取客戶的要求是非常必要的。經(jīng)過仔細觀察，總結(jié)軋輥磨床工作的基本工作順序如下：
1. 單齒磨削；
2. 由多個單齒磨削構(gòu)成全齒磨削――整圈磨削；
3. 由多個整圈磨削構(gòu)成全磨削加工程序；
由于單齒磨削構(gòu)成了整個磨削程序的基礎，所以對單齒磨削過程進行了仔細的觀察和分析，總結(jié)單齒磨削的動作順序如下：
1.）裝卸工件軋輥；
2.）修刀器（y軸）上升到修磨基準位；（對刀線）；
3.）主砂輪下降到修磨砂輪位置；
4.）工作臺（x軸）前進執(zhí)行砂輪修磨
5.）工作臺（x軸）往復運動執(zhí)行工件修磨；
6.） 分度軸分度
3.2．客戶對加工程序的要求：
1. ）由于待修磨軋輥的齒數(shù)不同，要求系統(tǒng)能實現(xiàn)任意的分度。
2. ）軋輥每一齒修磨稱為單齒修磨。單齒修磨分為粗磨和精磨。 單齒粗磨是指主砂輪對軋輥每一齒只修磨一次。即工作臺只走一個單向行程。單齒精磨是指主砂輪對軋輥每一齒修磨２次。即工作臺走雙向行程。
3. ）精磨粗磨即可以是直線磨削也可能是圓弧磨削。
4. ）主砂輪的每次修刀量是可以任意設定的。
5. ）每一軋輥的全齒數(shù)修磨稱為一圈修磨。一圈修磨也分為粗磨和精磨。每一圈的磨削量可以任意設定。
6. 粗磨的圈數(shù)和精磨的圈數(shù)要求可以任意設定。
3.3 加工程序的編制原則：
經(jīng)過對客戶要求的仔細分析，制定了編制磨床加工程序的原則：
1. )以單齒的粗磨循環(huán)做為一個子程序；
2. )以單齒的精磨循環(huán)做為一個子程序；
3. )以n個單齒粗磨循環(huán)構(gòu)成為一個“整圈粗磨子程序”；
4. )以n個單齒精磨循環(huán)構(gòu)成為一個整圈精磨磨子程序；
5. )由n個整圈粗磨子程序和n個整圈精磨子程序構(gòu)成整個磨削加工程序；
6. )所有需要設置的數(shù)值均以變量表示。
現(xiàn)以單齒精磨子程序為例進行說明：
單齒精磨子程序p9000
n8 g91g1 zz f300---(z軸下降一修磨量)
n9 g90 g1yy f400--(y軸運動到修刀基準位置)
n10 g90g0xx1----------(x軸正向快進到砂輪修磨點)
n15 g90g1xx2 f100----(修砂輪行程)
n20 g90g0xx3-----------(輔助行程)
n25 g90g0xx2----------(換向輔助行程)；
n30 g90g1xx1 f100----(修砂輪行程)
n35 g90g0xx5-----------(x軸運動到工件起點)
n38 m20-------------------(標定當前磨削齒數(shù))
n40g90g1xx6 f200----(x軸負向運行磨工件)
n45g90g1xx5 f200 ----( x軸正向運行磨工件)
n50 g91g1a#100 f100—(分度軸執(zhí)行分度)
單齒磨削構(gòu)成了加工程序的基礎。 整圈磨削程序的編制是在其基礎上完成。整圈磨削程序如下：
3.4 整圈精磨子程序
n10 m98 p9000 l#127;
m98－是調(diào)用子程序命令。p9000---是被調(diào)用的子程序號。l#127—是調(diào)用子程序的次數(shù)，#127是一變量，其數(shù)值為軋輥的齒數(shù)，實際操作中為保證加工質(zhì)量，該數(shù)值＝齒數(shù)＋２
單齒粗磨子程序和整圈粗磨程序與精磨程序類似。
由此可以構(gòu)成整個加工程序。
四．plc 程序于加工程序的關(guān)系
加工程序與plc程序有密不可分的關(guān)系。特別是加工程序中發(fā)出的m指令必須在plc程序中加以處理用以驅(qū)動外圍設備和實現(xiàn)一些特殊的要求。
在本次設備改造中，除常規(guī)的主軸正轉(zhuǎn)，主軸停止，開關(guān)冷卻液等功能外，客戶還要求能夠系統(tǒng)能夠顯示當前正在磨削的“圈數(shù)”和“齒數(shù)”。
在三菱cnc 操作界面上，能夠顯示數(shù)據(jù)的有“刀號t”和“加工件數(shù)”。磨床上沒有使用 “刀號t”，故可用其來顯示“加工圈數(shù)”。
4.1“當前磨削齒數(shù)”的處理
“當前磨削齒數(shù)”可以通過設置為“加工件數(shù)”來顯示。具體操作方法為：
設置加工參數(shù) #8001＝20; 其含義是定義m20 為工件計數(shù)標志。當加工程序中出現(xiàn)m20時，就進行一次計數(shù)；相應地
在單齒精磨子程序p9000 程序中，編制
n38 m20-------------------(標定當前磨削齒數(shù))
就可以在屏幕上的工件計數(shù)位置觀察到齒數(shù)的變化。
4.2 加工圈數(shù)的顯示：
在加工程序每一圈加工開始位置編制程序（下例是在第2圈加工開始位置）
#1132=2; ――（標定“當前磨削圈數(shù)＝2”）
#1132是一nc內(nèi)部變量，其對應plc內(nèi)的r172接口；
所以必須在plc 程序內(nèi)做如下處理;
即將文件寄存器r172 內(nèi)的數(shù)值隨時送入到“刀號寄存器r36”中，這樣就可以隨時觀察到“當前磨削圈數(shù)的變化。
結(jié)語： 該磨床經(jīng)改造后，運行穩(wěn)定，加工程序能適應不同齒數(shù)的軋輥磨削，用戶滿意。