1.引 言 珩磨機的往復行程精度控制一直是制約珩磨機高速化發(fā)展的瓶頸。本文介紹一種利用
旋轉編碼器發(fā)出的脈沖做CPU計數脈沖方法來(lái)實(shí)現對珩磨機往復行程的精確控制，從而對珩磨機床品質(zhì)的提高發(fā)生質(zhì)的飛躍。
以往的珩磨機行程控制是靠機械鏈輪將直線(xiàn)運動(dòng)轉化為旋轉撞塊的碰撞或滑塊的碰撞來(lái)改變珩磨機往復的換向，往復的行程是靠調整滑塊、撞塊的位置來(lái)實(shí)現的，它有諸多不便：
（1）由于人工操作，往復行程很難調整到理想的位置，調整起來(lái)也不方便。
（2）加之滑塊碰撞有磨損、松動(dòng)之嫌，往復反向時(shí)容易引起重復定位精度偏差過(guò)大。
（3）需要經(jīng)常校正撞塊的位置。
（4）往復要求小行程時(shí)，無(wú)法設置。
（5）由于接觸式碰撞容易損壞器件，造成維護成本過(guò)高。為此我們在數控珩磨機中采用旋轉編碼器來(lái)做控制元件，成功地克服了上述缺點(diǎn)。
2.編碼器的選型 大家知道旋轉編碼器發(fā)出的脈沖分A相脈沖和B相脈沖，有了A、B兩相脈沖，PLC的CPU高速計數輸入端就可根據A、B兩相脈沖到來(lái)的順序，判斷旋轉編碼器是正向旋轉還是反向旋轉。若設定旋轉編碼器正向旋轉為加計數，那么反向旋轉就為減計數，由于本機床使用的是歐姆龍可編程序控制器，它帶有一個(gè)100kHz的高數計數單元，這就對它的接收脈沖頻率要給予限制，以此為依據對編碼器選型。
一般珩磨機的往復速度在3～30m/min，即最大往復速度為500mm/s，假設編碼器由帶輪直聯(lián)帶動(dòng)，編碼器帶輪直徑為60mm，編碼器帶輪周長(cháng)L=πD=3.14×60=188.4mm，則編碼器最高轉速為500mm/188.4mm/s=2.65r/s，若編碼器每轉輸出脈沖為10000P/R，則編碼器最高頻率為2.65*10000P/R=26.5kHz，遠小于100kHz。
本機床選用編碼器為OMRON
E6B2-CWZ6C 2000P/R，每轉能輸出2000個(gè)A、B脈沖，而CJ1M的CPU對高速輸入端的脈沖取上升沿和下降沿的跳變信號做計數信號，這相當于對旋轉編碼器發(fā)出的脈沖信號有四倍頻的作用，即旋轉編碼器旋轉一轉，CPU的高速計數單元按2000P/R×4=8000P/R計數，即使這樣也不會(huì )超出CPU的最高計數頻率，因此不需要另加其它高速計數單元硬件。
3.高速計數單元的設置 CJ1M型可編程序控制器的高速計數輸入端有線(xiàn)性和循環(huán)計數方式之分，本機床計數輸入端按差相線(xiàn)性計數方式設置。
4.原理 將珩磨機往復全行程上、下?lián)Q向點(diǎn)，水圈位置的坐標數值分別以十進(jìn)制數（16進(jìn)制需轉化）放置在CJ1M數據寄存區不同的DM地址中，以這些數值為目標值，高速計數輸入端傳送來(lái)的累加計數或累減計數值為當前值，用當前值與幾個(gè)目標值進(jìn)行比較，比較的結果發(fā)出中斷，控制主軸往復是向下?lián)Q向還是向上換向。
由前所述，編碼器帶輪直徑D=60mm，編碼器帶輪周長(cháng)L=188.4mm，編碼器每轉一圈發(fā)出的脈沖數：2000×4倍頻=8000個(gè)，編碼器的每個(gè)脈沖代表往復移動(dòng)的距離即脈沖當量，脈沖當量=188.4/8000=0.02356mm/P， 根據此脈沖當量可計算出水圈零點(diǎn)位置分別到往復上換向點(diǎn)、下?lián)Q向點(diǎn)以及上極限點(diǎn)的距離（脈沖數），這些距離的數值可做為它們目標值的坐標，上下?lián)Q向點(diǎn)的坐標之差即為往復行程的距離。
當主軸往復的行程確定后，改變上、下?lián)Q向點(diǎn)的坐標值，可改變主軸往復的行程區間。這些值的設定可通過(guò)觸摸屏來(lái)直接設定。根據觸 摸屏和CJ1M的通訊協(xié)議傳送到CJ1M的DM區寄存器（觸摸屏與CJ1M的通訊不再說(shuō)明）。
5.調試 水圈位置零點(diǎn)的確定：要想往復控制精確，必須找出一個(gè)珩磨開(kāi)始往復的唯一起始基準點(diǎn)—水圈零點(diǎn)，才能確保精確，這就提出了一個(gè)難點(diǎn)，如何使水圈位置零點(diǎn)唯一不變。由于無(wú)觸點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)的感應發(fā)訊是在一個(gè)區域范圍內，若在機床上電的一瞬間，感應塊在水圈無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)發(fā)訊范圍內的任一位置上，此時(shí)CPU讀取水圈零點(diǎn)的數值，其位置在空間不是一個(gè)固定點(diǎn)，上、下范圍內最大可差十幾毫米，這就無(wú)法唯一確定水圈位置、更無(wú)法實(shí)現準確控制。
若機床在上電一瞬間，感應塊不在水圈無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)發(fā)訊范圍內，這樣有兩種情況：一種感應塊位置在水圈開(kāi)關(guān)之上；另一種感應塊位置在水圈開(kāi)關(guān)之下。要使CPU讀取水圈零點(diǎn)的數值，必先使感應塊逼近水圈開(kāi)關(guān)發(fā)訊的范圍，那么，它們又有上逼近點(diǎn)和下逼近點(diǎn)，二者之間又相差十幾毫米，結果也不是唯一的。
如果把零點(diǎn)放在上極限位，雖然主軸往復向上到最高點(diǎn)上極限位置不能繼續上移，主軸向上移動(dòng)到上極限位置也只有下逼近，但每次機床上電往復前必須把主軸上移至上極限位置，從上極限位置開(kāi)始起始工作，這樣即麻煩，又影響工作效率，很不湊效，無(wú)法突破。在后來(lái)調試中，經(jīng)認真觀(guān)察分析，總結出主軸在機床上電的一瞬間，停止位置無(wú)非有三種情況：
�。�1） 停在上極限和水圈開(kāi)關(guān)上方不發(fā)訊的范圍A區內；
（2） 停在水圈開(kāi)關(guān)發(fā)訊的范圍B區內；
�。�3） 停在水圈開(kāi)關(guān)下方不發(fā)訊的范圍C區內。
第一種情況要想使主軸正常往復，感應塊必須通過(guò)水圈開(kāi)關(guān)發(fā)訊范圍B區，第二種情況感應塊本身就在水圈開(kāi)關(guān)發(fā)訊范圍B區，第三種情況要想使主軸正常往復，必須使主軸在往復區域內受控。要使其受控必須建立一個(gè)唯一坐標基準水圈位置零點(diǎn)，那么往復前必先使主軸向上達到水圈開(kāi)關(guān)發(fā)訊范圍B區， 這樣將第一種和第三種情況都歸納為第二種情況——坐標數值零點(diǎn)登記。從零點(diǎn)登記后到主軸進(jìn)入往復區域內正常往復，主軸必須得到一個(gè)向下往復的指令。
綜合上述三種情況，主軸進(jìn)入正常往復區域往復，必須有一個(gè)離開(kāi)水圈開(kāi)關(guān)位置向下從發(fā)訊到不發(fā)訊的一個(gè)過(guò)程，我們取這個(gè)發(fā)訊到失訊的下沿信號做為零點(diǎn)登記賦值信號，這個(gè)結果是唯一的。不考慮主軸是從上或從下逼近水圈開(kāi)關(guān)，只取其“向下”離開(kāi)水圈開(kāi)關(guān)失訊的那一時(shí)刻為基準，因為我們知道同一個(gè)無(wú)觸點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)，在它條件相同的情況下，發(fā)訊檢測距離從發(fā)訊到失訊是一定的，即只要開(kāi)關(guān)的位置不變，則感應塊向下離開(kāi)水圈開(kāi)關(guān)使開(kāi)關(guān)失訊的空間位置是一定的，這就順利地解決了水圈位置零點(diǎn)是唯一的問(wèn)題，使其有一個(gè)突破。
如果把主軸在水圈位置零點(diǎn)的坐標定為0，主軸向下旋轉編碼器計數為正值，那么在往復區內的計數值均為正值，而當主軸上升到水圈開(kāi)關(guān)位置上方至上極限區域內，計數值為負值，這給數據處理帶來(lái)不便。
為保證其數據均為正值，將零點(diǎn)登記時(shí)坐標賦值設為5000，即5000×脈沖當量=5000×0.02356=118mm。本機床水圈開(kāi)關(guān)到上極限開(kāi)關(guān)的距離小于100mm，即使主軸上升到上極限位置停止，其計數結果也不會(huì )出現負值。
例如水圈開(kāi)關(guān)零點(diǎn)登記賦值5000，上換向點(diǎn)坐標設6300，下?lián)Q向點(diǎn)坐標設18000，則上換向點(diǎn)距水圈開(kāi)關(guān)的距離為：（6300-5000）×0.02356=30.6mm 下?lián)Q向點(diǎn)距水圈開(kāi)關(guān)的距離為：（18000-5000）×0.02356=306mm主軸的往復行程為：（18000-6300）×0.02356=275mm，改變其上、下?lián)Q向點(diǎn)的坐標設置，即可調節主軸往復行程的大小和往復區域。
6.結束語(yǔ) 使用旋轉編碼器做珩磨機往復行程的控制，控制靈活，效率提高�？梢钥朔矇K碰撞或滑塊碰撞控制珩磨機往復換向的諸多缺點(diǎn)，使用起來(lái)極其方便，往復程行區域、上下?lián)Q向位置在規定的范圍內可以任意設定，由于采用非接觸式、無(wú)撞塊控制，可實(shí)現免維護。
為此，使用旋轉編碼器做珩磨機的控制元件，可以為珩磨機的高速化發(fā)展奠定一定的基礎。
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