利用中達(dá)CNC數(shù)控系統(tǒng)強(qiáng)大的軸控功能和臺(tái)達(dá)伺服系統(tǒng)快速精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，使繞線機(jī)的工作效率得到了很大的提高。 本文主要介紹了數(shù)控定子繞線機(jī)功能的需求，以及系統(tǒng)操作界面和I/O的規(guī)劃。 一、前言 圖1 數(shù)控定子繞線機(jī)外觀 目前繞線機(jī)的市場(chǎng)可謂龐大，品種繁多，有平行繞線機(jī)、環(huán)型繞線機(jī)、定轉(zhuǎn)子繞線機(jī)、紡織繞線機(jī)等。本文主要介紹的是利用中達(dá)CNC數(shù)控系統(tǒng)和伺服產(chǎn)品構(gòu)建出的設(shè)備：數(shù)控定子繞線機(jī)。他的最大特點(diǎn)是可以自動(dòng)變換繞線方向，所繞的線圈整齊且圈數(shù)準(zhǔn)確。操作簡(jiǎn)便，節(jié)省人工，提高產(chǎn)量，產(chǎn)品品質(zhì)好，其繞線、排線、停車(chē)、換槽，完全按程序自動(dòng)執(zhí)行。排線寬幅可調(diào)，圈數(shù)準(zhǔn)確。生產(chǎn)速度快，并大量節(jié)省線材。下面概述如何利用中達(dá)的數(shù)控和臺(tái)達(dá)的伺服整合此方案。 二、技術(shù)和精度要求 客戶原用PLC+伺服控制整臺(tái)設(shè)備，因其加工出來(lái)的產(chǎn)品的合格率較低，且一些功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)，滿足不了市場(chǎng)上需求，故提出開(kāi)發(fā)數(shù)控定子繞線機(jī)，并且需要控制系統(tǒng)和伺服滿足如下條件： 1．伺服運(yùn)動(dòng)軸 在機(jī)械上，需要三軸的控制坐標(biāo)系。其中，排線X軸采用伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)螺距為4mm的滾珠絲杠，在連接工作臺(tái)做直線運(yùn)動(dòng)；飛叉Y軸采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)1：2的齒輪箱間接傳動(dòng)，做360度的圓周運(yùn)動(dòng)；分度Z軸采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)1：9的齒輪箱間接傳動(dòng)，做360度的圓周運(yùn)動(dòng)。這3個(gè)軸要求能夠聯(lián)動(dòng)。 此外，對(duì)于飛叉軸來(lái)說(shuō)，由于在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械負(fù)載慣量會(huì)因?yàn)槔@線的速度的不同而發(fā)生較大的變化，這就要求伺服系統(tǒng)具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、相應(yīng)性和對(duì)負(fù)載變化自適應(yīng)能力。 2．精度要求 機(jī)械回零精度：排線軸0.005mm 飛叉軸+/-1度 分度軸+/-1度 定位精度：0.02mm +/-1度 要求控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)能夠具有檢測(cè)反饋，來(lái)保證機(jī)械運(yùn)動(dòng)精度。 3．CNC控制系統(tǒng) 因定子繞線機(jī)不僅講究繞的匝數(shù)要準(zhǔn)確，而且排線出來(lái)的密度要均勻，即最少需要兩軸之間做插補(bǔ)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)；畫(huà)面可以自由規(guī)劃；要給客戶方便傳輸加工程序，并且可以對(duì)NC程序編輯和存儲(chǔ)；控制系統(tǒng)要提供一個(gè)D/A口，實(shí)現(xiàn)恒張力控制功能。 另外，客戶希望數(shù)控系統(tǒng)再開(kāi)放一個(gè)軸，以備后用。 三、方案可行性分析 通過(guò)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)和控制技術(shù)的要求分析，確定采用一臺(tái)中達(dá)電通通用的四軸H4-4上位機(jī)控制系統(tǒng)+3套臺(tái)達(dá)B系列交流伺服ASD-B做下位機(jī)控制的控制架構(gòu)。 具體分析如下： 1．中達(dá)電通通用數(shù)控H4的主要特點(diǎn)： （1）獨(dú)立的伺服接口，可以實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)。 （2）電壓命令型（V-Comnand）伺服接口，最小解析精度0.001mm，可配合光柵尺或旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)、半閉環(huán)控制，能夠滿足精度要求。 （3）最大響應(yīng)速度500KPPS編碼器反饋，能夠滿足快速定位的要求。 （4）控制器內(nèi)存512K的存儲(chǔ)空間，可存儲(chǔ)1000個(gè)NC加工程序，配合標(biāo)準(zhǔn)的CNC鍵盤(pán)可以輕松的編寫(xiě)加工程序。 （5）通過(guò)CNC簡(jiǎn)易I/O控制命令和內(nèi)制PLC開(kāi)發(fā)，能夠靈活的實(shí)現(xiàn)輔助機(jī)能。 （6）內(nèi)置可編程PLC，標(biāo)準(zhǔn)配置為24INPUT/16OUTPUT，最大可以在增加32INPUT/32OUTPUT。 （7）2組D/A輸出，2組A/D輸入，完全可以滿足實(shí)現(xiàn)恒張力的控制要求。 通過(guò)比較分析，完全可以滿足做為上位機(jī)的控制要求。 2．臺(tái)達(dá)交流伺服系統(tǒng)的主要特點(diǎn)： （1）具有多種控制模式，可與上位控制器靈活配合，應(yīng)用廣泛。 （2）具有位置P-CURVE和速度S-CURVE功能。 （3）強(qiáng)健式的控制模式，在負(fù)載慣量大范圍的變化時(shí)，系統(tǒng)仍然可以保持優(yōu)異的性能。 （4）豐富的軟件功能，方便用戶調(diào)試。 通過(guò)比較分析，臺(tái)達(dá)交流伺服系統(tǒng)完全可以滿足做為下位機(jī)的控制要求。通過(guò)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)、負(fù)載慣量、輸出扭矩的分析計(jì)算，故選用：ASDB 400W＊1顆、ASDB 750W＊2顆做為下位控制器。 四、功能設(shè)計(jì) 1、系統(tǒng)架構(gòu) 圖2 系統(tǒng)架構(gòu) 2、外觀和功能需求 繞線機(jī)具有尋原點(diǎn)、點(diǎn)動(dòng)模式、單次模式、自動(dòng)模式、編程模式、參數(shù)設(shè)定、測(cè)試輸出點(diǎn)功能等多項(xiàng)功能。 （1）系統(tǒng)操作界面規(guī)劃 操作界面主要分為以下幾個(gè)功能區(qū)塊： 開(kāi)機(jī)畫(huà)面： 圖3 開(kāi)機(jī)畫(huà)面 系統(tǒng)在上電后，進(jìn)入此畫(huà)面。此時(shí)為待機(jī)狀態(tài)，畫(huà)面的最下一排是功能顯示區(qū)。 原點(diǎn)模式： 當(dāng)畫(huà)面在原點(diǎn)模式下，分別按下X、Y、Z功能鍵，在按下啟動(dòng)鍵 可以順次執(zhí)行回原點(diǎn)；或者可以按下X&Y&Z功能鍵，在按下啟動(dòng)鍵三軸同時(shí)回原點(diǎn)。 圖4 原點(diǎn)模式畫(huà)面 手動(dòng)模式： 到進(jìn)入手動(dòng)模式后，可以分別按下X、Y、Z三軸按鍵，在按下 可以實(shí)現(xiàn)前后移動(dòng)或正反轉(zhuǎn)。速度值的大小可以設(shè)定。 圖5 手動(dòng)模式畫(huà)面 自動(dòng)模式： 在自動(dòng)模式下，當(dāng)程式正在運(yùn)行時(shí)，可以觀察到目前的各軸的行進(jìn)情況，目前的加工程式號(hào)，參數(shù)組別號(hào)，當(dāng)前加工至第幾極，以及完成一個(gè)工件所需時(shí)間。并且可以根據(jù)自己的需要，可以實(shí)現(xiàn)程式暫停、單步執(zhí)行。 圖6 自動(dòng)模式畫(huà)面 報(bào)警畫(huà)面： 當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警故障出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行，并且畫(huà)面會(huì)進(jìn)入到報(bào)警畫(huà)面，故障警號(hào)會(huì)反白顯示出來(lái)。只有當(dāng)把故障排除后，才可以執(zhí)行其他動(dòng)作。 圖7 報(bào)警畫(huà)面 設(shè)參數(shù)功能： 在此功能下，客戶會(huì)根據(jù)實(shí)際的工件需要設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，并且保存于當(dāng)前的參數(shù)組別下，共可以保存12個(gè)工件參數(shù)，有6頁(yè)畫(huà)面的參數(shù)可設(shè)?？蛻粢部梢愿鶕?jù)自己的需要，將參數(shù)讀出來(lái)。 圖8 參數(shù)設(shè)定畫(huà)面 （2）重要功能的實(shí)現(xiàn) 急停： 當(dāng)設(shè)備在使用時(shí)，出現(xiàn)任何問(wèn)題時(shí)，按下急停，即可阻止危險(xiǎn)動(dòng)作的發(fā)生。松開(kāi)急停后，系統(tǒng)會(huì)按規(guī)定的動(dòng)作程序執(zhí)行歸位。以下為動(dòng)作流程圖。 圖9 急停松開(kāi)后動(dòng)作流程圖 程序見(jiàn)主控制程式。 讀、寫(xiě)參數(shù)功能的實(shí)現(xiàn)： 客戶可根據(jù)實(shí)際工件規(guī)格要求設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，并將參數(shù)儲(chǔ)存于控制器中，目前開(kāi)放了12個(gè)工件參數(shù)，同時(shí)方便客戶直接讀參數(shù)。程序見(jiàn)主控制程式。 極繞與層繞功能的實(shí)現(xiàn)： 不同的工件要求不同的繞制方式，目前有兩種：極繞和層繞。極繞根據(jù)每個(gè)極的總匝數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排線，自動(dòng)分層，直至繞制完成。層繞要求每個(gè)層的匝數(shù)可設(shè)，根據(jù)總匝數(shù)分成好多層，一般線徑較粗的用此方式加工。程序見(jiàn)主控制程式。 工件程式的編制： 由于每個(gè)工件的極數(shù)，繞制方式，以及每個(gè)汽缸的動(dòng)作順序都有可能不一樣，所以要求可以用G代碼編寫(xiě)出來(lái)，這樣從而可以節(jié)省不必要的環(huán)節(jié)，大量節(jié)約時(shí)間。工件程式的存儲(chǔ)個(gè)數(shù)可以達(dá)到900多個(gè)，完全可以滿足所有工件形式的加工。 圖10 主程序控制流程圖 3、I/O點(diǎn)規(guī)劃及接線 圖11 輸入信號(hào)表格 圖12 輸出信號(hào)表格 圖13 伺服及其他電器接線圖 4、主控制程式 o0000（JR1） N01 G65 L01 P#160 A1 N05 G04 X2.2 G65 L50 G65 L82 P10 A#168 B1 G12 P13 G65 L80 P20 N10 G12 P14 N20 M104 G12 P15 M98 P700 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 M210 G01 X#5 F8000 G12 P12 M98 P801 G04 X1.0 M98 P800 M209 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 M210 G01 X#5 F8000 G12 P12 M98 P801 G04 X1.0 M98 P800 M209 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 M210 G01 X#5 F8000 G12 P12 M98 P801 G04 X1.0 • • • M98 P800 M209 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 M210 G01 X#5 F8000 G12 P12 M98 P801 M98 P301 M30 o0001（CR1） N01 G65 L01 P#160 A1 N05 G04 X3.0 G65 L50 G65 L82 P10 A#168 B1 G12 P13 B500 G65 L80 P20 N10 G12 P14 B500 N20 M104 G12 P15 M98 P700 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 G01 X#5 F5000 M98 P802 G04 X1.0 M98 P800 M209 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 G01 X#5 F5000 M98 P802 G04 X1.0 M98 P800 M209 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 G01 X#5 F5000 M98 P802 G04 X1.0 M98 P800 M209 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 G01 X#5 F5000 M98 P802 G04 X1.0 • • • M98 P800 M209 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 G01 X#5 F5000 M98 P802 G04 X1.0 M98 P301 M30 o0888 G01 X0. F5000 M205 G12 P20 M212 G12 P99 M211 G12 P97 M210 G12 P12 M209 G12 P8 M208 G12 P10 M205 G12 P20 M206 G12 P22 G65 L50 G01 Z0. F10000 G04 X1.0 M204 G12 P16 M207 G12 P18 G01 Y0. F10000 M30 o0900 G65 L03 P#22 A#21 B1 G65 L04 P#23 A#22 B300 G65 L02 P#24 A#23 B1001 G65 L02 P#25 A#24 B30 G65 L02 P#26 A#25 B40 G65 L07 P#1 A#900024 B20 G65 L07 P#300 A#900025 B36 G65 L07 P#505 A#900026 B150 M30 o0901 G65 L03 P#22 A#21 B1 G65 L04 P#23 A#22 B300 G65 L02 P#24 A#23 B1001 G65 L02 P#25 A#24 B30 G65 L02 P#26 A#25 B40 G65 L07 P#900024 A#1 B20 G65 L07 P#900025 A#300 B36 G65 L07 P#900026 A#505 B150 M30 o0300 M107 G12 P17 M105 G12 P19 M106 M108 G12 P9 M109 G12 P7 M99 o0301 M205 G12 P20 M206 G12 P22 G01 U-#7 F1500 M209 G12 P8 G01 Z0. F10000 M210 G12 P12 M111 G12 P96 M212 G12 P99 M211 G12 P97 G01 X0. F10000 M208 G12 P10 M204 G12 P16 M207 G12 P18 M99 o0700 G65 L50 G65 L04 P#161 A#160 B5 G65 L02 P#161 A#161 B500 G65 L01 P#162 A#900161 G65 L02 P#161 A#161 B1 G65 L01 P#155 A#900161 G65 L02 P#161 A#161 B1 G65 L01 P#165 A#900161 G65 L02 P#161 A#161 B1 G65 L01 P#11155 A#900161 G65 L02 P#161 A#161 B1 G65 L01 P#166 A#900161 G65 L86 P200 A#165 B0 G65 L86 P200 A#155 B0 M99 o0750 G01 U#130 V#121 F#165 G01 U-#130 V#121 M99 o0800 M110 G12 P11 G01 U-#6 F5000 M209 G12 P8 G65 L50 G65 L04 P#161 A#160 B5 G65 L02 P#161 A#161 B500 G65 L01 P#162 A#900161 G65 L02 P#161 A#161 B1 G65 L01 P#155 A#900161 G65 L02 P#161 A#161 B1 G65 L01 P#165 A#900161 G65 L02 P#161 A#161 B1 G65 L01 P#11155 A#900161 G65 L02 P#161 A#161 B1 G65 L01 P#166 A#900161 G65 L86 P200 A#165 B0 G65 L86 P200 A#155 B0 M99 o0801（JR） G65 L50 G65 L05 P#120 A#2 B#3 G65 L04 P#121 A#120 B360000 G65 L04 P#122 A#155 B#3 G65 L05 P#123 A#122 B#2 G65 L05 P#124 A#123 B2 G65 L04 P#125 A#123 B#120 G65 L03 P#126 A#155 B#125 G65 L03 P#127 A#155 B2 G65 L04 P#128 A#127 B#3 G65 L04 P#129 A#127 B360000 G65 L04 P#130 A#3 B#120 G65 L04 P#131 A#126 B#3 G65 L04 P#132 A#126 B360000 G65 L03 P#140 A#123 B1 G65 L05 P#141 A#140 B2 N35 G65 L82 P40 A#123 B0 M210 G12 P12 G01 U-#128 V#129 F#165 G01 U#128 V720000 G01 X#5 Y0. 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F5000 G01 V#166 F10000 M112 G12 P98 G65 L02 P#160 A#160 B1 M99 五、結(jié)束語(yǔ) 圖14 加工成品圖 該數(shù)控定子繞線機(jī)控制方案具有控制精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，用戶操作靈活的特點(diǎn)，為利用中達(dá)CNC系統(tǒng)和臺(tái)達(dá)伺服在繞線機(jī)行業(yè)上的典型案例。 利用中達(dá)電通開(kāi)放式、全功能通用數(shù)控系統(tǒng)，配合臺(tái)達(dá)伺服系統(tǒng)優(yōu)異的性能，可以靈活地整合出專用的控制系統(tǒng)，提供更有價(jià)值的整合方案以滿足不同客戶與行業(yè)的特殊要求。