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基于IMAC400的手轮功能的实现(一)

2014/9/3 9:45:28
        旋压是一种运用渐进旋转点变形技术的先进无屑金属压力加工方法。它借助旋轮等工具作进给动力,将与随芯模沿同一轴线旋转的金属毛坯压向芯模轮廓,使其产生连续的局部塑性变形而成为所需的空心回转体零件。随着制造业发展的需要,旋压机床越来越广泛地运用于自动化和航空航天工业、艺术作品、乐器、厨房用具等的生产,特别是像喷气式发动机、涡轮机、雷达反射器、卫星头锥体,对旋压机数控系统提出了更高的要求。
        无论在何种数控系统中,手轮功能都是必不可少的,手轮一般是在非加工状态下,用来实现刀具微动、工件对刀、工作台运动等。但是针对专用的旋压机床来说,对手轮有着特殊的要求:(1)在旋压加工前,调整芯模和旋轮之间的间隙繁琐而耗时,要求手轮能够实现准确的调整间隙,即手轮能够实现加工前的普通调整;(2)在旋压加工过程中,芯模不能被旋轮挤压变形,能够随时调整芯模和旋轮之间的间隙,即手轮能够实现加工过程中的在线调整。
        针对以上两个问题,作者提出了对应的解决方案,采用以“PC+运动控制器”为核心的开放式数控系统,运用PLC技术和VisualC++6.0技术,实现了手轮的普通调整和在线调整两个功能。
1    手轮功能硬件平台
        针对旋压机床运动控制的特点,采用以“PC+运动控制器”为核心的开放式数控系统,搭建了双旋轮旋压机床控制系统硬件平台。硬件平台主要由PC机、IMAC400运动控制器、放大器、液压伺服、伺服油缸、滑块、光栅尺、手轮等组成。
        多轴运动控制器选用泰道中国公司的IMAC400四轴运动控制器,它是基于TurboPMAC2专门为广大OEM自动化设备制造商定制开发的能够广泛适用于各种工况的高性能、高可靠性的运动控制解决方案。IMAC400的OPT-D选项提供了一个8k×16位的双端口RAM,双端口RAM通过网线连接PC机进行高速数据交换。它通过AMP接口和伺服系统连接,同时控制4个轴的伺服计算和伺服运动。光栅尺的反馈信号通过ENC接口反馈给运动控制器。IMAC400具有内置PLC,可以在后台同时运行64个异步PLC,提供了16路本地数字I/O、可扩展多至2048个远程数字I/O。同时,IMAC400还提供了JHW接口,主要负责手轮信号、主轴反馈信号的输入和主轴信号的输出。
        JHW是两通道手轮接口,每一个手轮通道为用户提供了一组脉冲和方向差分输出信号以及编码器反馈输入。手轮的脉冲信号通过HA和HB两路差分信号输入到JHW接口,手轮的进给轴选择、进给倍率等选择开关作为IO输入信号通过本地I/O输入到IMAC400。
2    手轮功能的基本原理
        文中主要介绍手轮的两个功能:第一个功能是旋压机床在非加工状态下,运用手轮调整各个进给轴的位置,以便于旋轮和芯模之间间隙的调整,为加工做准备,称这种功能为普通调整;第二个功能是旋压机床在加工状态下,发现偏差时运用手轮及时对各轴的位置进行在线调整,称这种功能为在线调整。
        不论是普通调整还是在线调整,手轮的功能都是基于IMAC400提供的位置跟随功能实现的。它是IMAC400运动控制器在保持与外界事件同步的诸功能(位置跟随,时基控制、位置捕捉和位置比较)中最基本的一种。
        对于普通调整方式,首先将手轮脉冲编码器产生的脉冲信号发送到IMAC400中,IMAC400对脉冲信号进行相应的处理,然后通过AMP输出口输出到相应液压伺服,驱动相应的轴运动指定的距离。手轮调整后的位置可以由以下公式计算得到:p=p0+k(c1-c0)u(1)其中:p为调整后的位置;p0为调整前的位置;c0为初始手轮码盘读数;c1为当前手轮码盘读数;k为进给倍率;u为进给脉冲当量。
        由公式(1)可知,通过计算手轮码盘的当前读数和初始读数的差就可以得到调整后的位置,因为调整前的位置、进给倍率和脉冲当量在调整之前都已经确定。
        对于在线调整方式,也是首先将手轮脉冲编码器产生的脉冲信号发送到IMAC400中,IMAC400对脉冲信号进行相应的处理,此时需要调整的轴正在运动,手轮的脉冲信号会叠加到当前运行的程序当中,改变对应轴的实际位置。在线调整的原理图如图3所示,其中Ixx05表示主控位置,Ixx06表示位置跟随方式,Ixx07表示主控范围因子,Ixx08表示位置环因子,Ixx09表示速度环因子。
        在这种情况下,如果调整量过大或者调整速度过大,机床会产生很大的冲击,为了避免此类现象的发生,必须在PLC程序中,对脉冲的大小设置上限。如果发出脉冲高于上限,IMAC400自动将此视为上限输出。
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