基于伺服接觸探測功能的刀具補償系統的實現

高健

摘要 本文介紹了基于伺服接觸探測功能的刀具補償系統的實現，介紹了伺服控制器接觸探測功能的原理及在實際應用的設置，并采用結構化編成方式編制了控制程序，實現了刀具補償功能，并在某石英石深加工廠成功應用。

[關鍵詞]伺服接觸探測功能 對刀儀 結構化編程

1 引言

在機床及其他銑鉆、切割生產過程中，使用的刀具會隨著使用時間增加而逐漸磨損，而刀具的磨損會影響加工的精度和質量，因此很多高檔機床具有刀具補償功能，而很多普通設備不具有此功能。本文介紹了利用伺服接觸探測功能研發的三軸桁架式橫磨鉆孔機刀具補償功能的實現。這種刀具補償方式可廣泛應用于切割、銑鉆加工等行業。

2 刀具補償功能的原理

刀具補償功能的原理是利用伺服接觸探測功能，由伺服電機驅動刀具運動，記錄刀具在工作前、后接觸同一對刀儀時的位置值，兩次位置值的差值即為刀具的磨損量，即下次工作需要補償的位移量。伺服接觸探測功能是指伺服電機在運行過程中，伺服控制器的特定外部輸入點在有信號輸入時，在該信號上升沿時刻鎖存住當前的位置值。

3 刀具補償控制系統說明

3.1 控制系統組成

本設備控制系統采用CODESYS軟PLC作為控制器，采用ETHERCAT工業總線，控制遠程IO站和三軸伺服控制單元，X軸、Y軸伺服電機控制刀具水平方向移動;Z軸為升降軸，控制垂直方向移動。對刀儀型號為SK-66A-KC，反饋信號點為常開觸點，行程為5mm。對刀儀接至松下A5伺服控制器的X4連接器的SI5端子，對刀儀信號作為伺服接觸探測功能的觸發信號。

3.2 控制流程

具體控制過程如圖1所示，首先將帶刀具的Z軸移動至對刀儀上方;然后Z軸以PV速度模式快速運動至對刀儀上方某示教點處;接著Z軸以速度模式慢速運動至接觸到對刀儀并使其產生信號，此時伺服控制器鎖存住當前的位置值，且此時Z軸速度設置為零;接著Z軸向上以PP位置控制方式運行至Z軸零位。以上動作在新更換刀具時和刀具工作一段時間后各進行一次，兩次記錄的鎖存位置值的差值即為刀具的磨損量。在下次刀具切割或銑鉆操作時，刀具的Z軸位移設定值需加上檢測出的刀具磨損量值。

3.3 伺服設置及報文

將伺服控制器的IO參數SI5設置為16#202020，將參數3404設置為16#202020。控制報文使用了表1所示的控制字和狀態字。松下伺服上電、操作使能及PP模式位置控制的控制方法，可參考筆者的另一篇文章[3]。使用松下伺服PV速度模式時，首先將伺服控制器上電、操作使能;再將操作模式控制字6060h設置為3，狀態字6061h反饋為3時，說明控制方式設置成功;然后將60FFh設置好速度設定值，伺服電機即可按照設定速度運動。使用接觸探測功能需將6088h設定為17，激活SI5接口對應的接觸探測功能，6088h控制字各位意義如表2。17代表6088h的bit0和bit4位置1，激活接觸探測功能并設置上升沿觸發。在伺服電機運動過程中刀具觸發了對刀儀信號，在信號的上升沿伺服控制器就鎖定了此刻位置值并存儲在狀態字8 （60BAh）中。

4 控制程序功能塊說明

由于在刀具補償程序具體實現過程中要多次用到位置控制模式和速度控制模式，并在兩種模式間切換，因此我們在Codesys編程過程中，將伺服的上電、操作使能、點動等功能編制成功能塊（FB），即圖2中的Servon，將位置控制方式編成功能塊下的方法塊，即圖2中的MDI，接觸探測功能也編制成方法塊（TOUCHPRO），在接觸探測功能方法塊中編程過程中使用需要使用位置控制時，就可直接調用位置控制方法塊（MDI），這就實現了結構化編程，如圖2。若有其他軸控制需要刀具補償功能直接調用接觸探測功能方法塊（TOUCHPRO）即可實現。

5 結束語

以上即為刀具補償控制系統的工作原理及具體實現，目前此套系統在石英石深加工企業己投入使用，設備運行穩定，操作方面，受到用戶的好評。

參考文獻

[1] CODESYS基礎編程及應用指南.

[2]松下A5B系列伺服驅動器Ethercat通信技術資料，

[3]使用軟PLC控制伺服定位功能的研究，