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某用戶的一多齒軋輥磨床其控制系統(tǒng)原采用計(jì)算機(jī)，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(jìn)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(jìn)行改造。該磨床經(jīng)改造后其功能滿足了客戶的各項(xiàng)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(jī)械部分可以保持留用，其運(yùn)動軸如下：
1.) 工作臺移動軸――該軸帶動工件做循環(huán)往復(fù)運(yùn)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(yùn)動，還必須與工作臺移動軸做插補(bǔ)運(yùn)動。
4). 修刀器軸――該軸驅(qū)動修刀器上下運(yùn)動，實(shí)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(jī)：HA700NC-SR/OSE104;（7KW/2000RPM）
6. 伺服電機(jī)：HA100NC-S/OSE104; （2KW/2000RPM）
7. 伺服電機(jī)：HF354S-A48（3.5KW/2000RPM）
8. 伺服電機(jī)：HF105S-A48（1KW/2000RPM）
9. 電源單元：MDS-C1-CV110
在該配置中，有四套伺服電機(jī)，其中
A) HA700NC ――7KW電機(jī) 用于工作臺往復(fù)運(yùn)動，該軸為X軸。加工工件置于工作臺上；
B) 伺服電機(jī)HA100NC 2KW 用于Z軸，Z軸用于驅(qū)動主砂輪上下運(yùn)動，Z 軸可以與X軸做插補(bǔ)運(yùn)動，
C) 伺服電機(jī) HF354S-A48 3.5KW電機(jī)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(jī) HF105S-A48伺服電機(jī) 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(gè)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(diǎn)是：成本低。對于大功率伺服電機(jī)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(jī)。該驅(qū)動器能控制一臺7KW電機(jī)和一臺3.5KW電機(jī)。本工程中使用的是一臺7KW電機(jī)和一臺2.0KW電機(jī)。
另一特點(diǎn)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?yàn)镸DS-R型驅(qū)動器所能驅(qū)動的電機(jī)范圍大是3.5KW,而且其價(jià)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(yùn)動的軸，其機(jī)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(dá)60 的齒輪箱，這樣可以減少對伺服電機(jī)工作扭矩的要求，選用額定扭矩較小的電機(jī)以降低成本。
配用在Z軸上的伺服電機(jī)為HA100NC-S，其額定速度2000RMP, Z軸螺距為10mm，減速比＝60,因此
Z軸實(shí)際額定速度＝[2000/60]*10
= 333mm/分
這一速度對自動加工時(shí)，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(bǔ)運(yùn)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(jìn)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(jìn)給距離"的關(guān)系；確定 “電子齒輪比"的幾個(gè)因素是：
1.)編碼器每轉(zhuǎn)反饋脈沖；（即驅(qū)動電機(jī)一轉(zhuǎn)所需要的脈沖）
2.)機(jī)械減速比；
3.)螺距；
由以上參數(shù)經(jīng)過計(jì)算可以獲得每一脈沖對應(yīng)的運(yùn)行距離。而每秒鐘發(fā)出的脈沖數(shù)即確定了運(yùn)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(shí)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(jī)側(cè)齒輪數(shù)
#2203----機(jī)械側(cè)齒輪數(shù)
當(dāng)以上參數(shù)設(shè)定后，NC　內(nèi)部已經(jīng)計(jì)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(shè)定“輸入單位"； #1003是NC 內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算的基本單位；
一般操作者只在為“自動程序"包括（MDI）編程時(shí)設(shè)定各軸運(yùn)行位置，這時(shí)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(jìn)行“螺距補(bǔ)償"和“反向間隙補(bǔ)償"時(shí)，　其單位只有#1003的1/2, 即能進(jìn)行更精確的補(bǔ)償，例：
當(dāng)“螺距補(bǔ)償"和“反向間隙補(bǔ)償"值為100,　實(shí)際補(bǔ)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(shè)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(diǎn)。則數(shù)值以“毫米"為單位；　
一般來說參數(shù)#2201　#2202構(gòu)成一個(gè)齒輪箱。#2201—是連接在電機(jī)軸上的齒輪數(shù)，#2202—是連接在機(jī)械軸上的齒輪數(shù)；而實(shí)際現(xiàn)場，多只知道齒輪箱的減速比，故一般設(shè)定#2201=1，#2202=齒輪箱減速比，但如果減速比是小數(shù)，則可以設(shè)定#2202/#2201=減速比；
對#2201,#2202 的功能做過實(shí)驗(yàn)。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(jī)械結(jié)構(gòu)的角度來看：砂輪箱的運(yùn)動速度由電機(jī)速度－減速比－螺距三因素決定，電機(jī)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(shí)際移動距離，而無法改變實(shí)際“大速度"的值。
所以大速度必須在對電機(jī)選型時(shí)予以充分考慮。在本改造項(xiàng)目中，自動運(yùn)行時(shí)Z 軸的進(jìn)給量在0.01—0.03mm之間。按Z軸 額定速度：333mm/m計(jì)算，運(yùn)行時(shí)間在0.0018—0.0054秒，所以能夠滿足自動運(yùn)行的要求。對于手動運(yùn)行而言，設(shè)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(shè)備改造時(shí)，對于配有大減速比齒輪箱的運(yùn)動軸必須核算其額定工作速度，選用適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)。

2.2 插補(bǔ)速度的限制；
該系統(tǒng)調(diào)試完畢，在實(shí)驗(yàn)其加工程序時(shí)出現(xiàn)下列情況：
2.2.1 運(yùn)行自動加工程序時(shí)，走直線插補(bǔ)，
G90 G1 X1200.Z0.03 F1200.
實(shí)際運(yùn)行速度可以達(dá)到程序的運(yùn)行速度F1200;
2.2.2運(yùn)行自動加工程序 走圓弧插補(bǔ)：
N20 G91G03 Z0X1000. R#6 F1000 (R#6為計(jì)算圓弧半徑)
卻出現(xiàn)實(shí)際運(yùn)動速度達(dá)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(shè)定。該數(shù)值即Z軸額定速度――333mm/m
這令人迷惑。如果說插補(bǔ)速度受到Z軸“G1限制速度"的限制，
為何走直線時(shí)不受限制而在走圓弧時(shí)限制呢。這個(gè)問題提出來就教與高手。
2.3 Z55報(bào)警及其排除；
該系統(tǒng)調(diào)試完畢試加工時(shí)經(jīng)常隨機(jī)出現(xiàn)“Z55.RI/O未連接"報(bào)警，使自動加工中斷。
也有 三菱CNC 開機(jī)時(shí)，即使沒有連接 遠(yuǎn)程I/O單元。也會出現(xiàn)“Z55 遠(yuǎn)程I/O單元 未連接"報(bào)警。為什么會這樣呢？
Z55 報(bào)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(bào)警" 實(shí)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(bào)警。
1. 當(dāng)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(shí)，會出現(xiàn)Z55報(bào)警。
2. 當(dāng)主電機(jī)回路絕緣不好時(shí)出現(xiàn)過Z55報(bào)警。這是電機(jī)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(shí)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(bào)警。（特別是電柜內(nèi)裝有變頻器時(shí)）而且其報(bào)警出現(xiàn)是隨機(jī)的，沒有規(guī)律。
4. 上電順序不對也會出現(xiàn)Z55報(bào)警；
所以排除Z55報(bào)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(dāng)控制器與RI/O 在同一控制柜內(nèi)時(shí)。可以用SH411
電纜。如果控制器與RI/O不在同一控制柜內(nèi)時(shí)，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(xiàng)目中出現(xiàn)的報(bào)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(xì)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(xì)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(gè)單齒磨削構(gòu)成全齒磨削――整圈磨削；
3. 由多個(gè)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(gè)磨削程序的基礎(chǔ)，所以對單齒磨削過程進(jìn)行了仔細(xì)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(zhǔn)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(jìn)執(zhí)行砂輪修磨
5.）工作臺（X軸）往復(fù)運(yùn)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(shí)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(gè)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(shè)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(shè)定。
6. 粗磨的圈數(shù)和精磨的圈數(shù)要求可以任意設(shè)定。

3.3 　加工程序的編制原則：
　 經(jīng)過對客戶要求的仔細(xì)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(gè)子程序；
2. )以單齒的精磨循環(huán)做為一個(gè)子程序；
3. )以N個(gè)單齒粗磨循環(huán)構(gòu)成為一個(gè)“整圈粗磨子程序"；
4. )以N個(gè)單齒精磨循環(huán)構(gòu)成為一個(gè)整圈精磨磨子程序；
5. )由N個(gè)整圈粗磨子程序和N個(gè)整圈精磨子程序構(gòu)成整個(gè)磨削加工程序；
6. )所有需要設(shè)置的數(shù)值均以變量表示。

現(xiàn)以單齒精磨子程序?yàn)槔M(jìn)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(yùn)動到修刀基準(zhǔn)位置)
N10 G90G0Xx1----------(X軸正向快進(jìn)到砂輪修磨點(diǎn))
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(yùn)動到工件起點(diǎn))
N38 M20-------------------(標(biāo)定當(dāng)前磨削齒數(shù))
N40G90G1Xx6 F200----(X軸負(fù)向運(yùn)行磨工件)
N45G90G1Xx5 F200 ----( X軸正向運(yùn)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(chǔ)。　整圈磨削程序的編制是在其基礎(chǔ)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(shí)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(gè)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(shè)備和實(shí)現(xiàn)一些特殊的要求。
　在本次設(shè)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(dāng)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(dāng)前磨削齒數(shù)"的處理
“當(dāng)前磨削齒數(shù)"可以通過設(shè)置為“加工件數(shù)"來顯示。具體操作方法為：
設(shè)置加工參數(shù)　#8001＝20; 其含義是定義M20 為工件計(jì)數(shù)標(biāo)志。當(dāng)加工程序中出現(xiàn)M20時(shí)，就進(jìn)行一次計(jì)數(shù)；相應(yīng)地
在單齒精磨子程序　　P9000　程序中，編制
N38 　M20-------------------(標(biāo)定當(dāng)前磨削齒數(shù))
就可以在屏幕上的工件計(jì)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(biāo)定“當(dāng)前磨削圈數(shù)＝2"）

#1132是一NC內(nèi)部變量，其對應(yīng)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(shí)送入到“刀號寄存器R36"中，這樣就可以隨時(shí)觀察到“當(dāng)前磨削圈數(shù)的變化。

結(jié)語： 該磨床經(jīng)改造后，運(yùn)行穩(wěn)定，加工程序能適應(yīng)不同齒數(shù)的軋輥磨削，用戶滿意。