時(shí)間:2015-03-26 15:45:35來源:李泳龍
1行業(yè)介紹
兩軸數(shù)控批花機(jī)(twoaxisnumericalcontrolofmachine),簡稱數(shù)控批花機(jī)(如圖1-1),主要用于各種各樣的手機(jī)外殼、銘牌、銅鋁制品精密批花加工;該設(shè)備對(duì)加工產(chǎn)品的批花工藝采用的是三段速度批花,比普通的單段速度批花效果更好,幫助客戶很好的實(shí)現(xiàn)了批花效果。
圖1-1 兩軸數(shù)控批花機(jī)
2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
2.1方案背景
兩軸數(shù)控批花機(jī)目前市場上使用的控制系統(tǒng)方案為PLC+HMI或者數(shù)控系統(tǒng);由于數(shù)控系統(tǒng)成本很高,然而永宏經(jīng)濟(jì)型PLC和HMI的性價(jià)比相對(duì)于其他品牌產(chǎn)品較高,所以永宏經(jīng)濟(jì)型PLC和HMI在兩軸數(shù)控批花機(jī)中的應(yīng)用前景很好。兩軸數(shù)控批花機(jī)系統(tǒng)方案如表2-1。
系統(tǒng)方案 |
控制器 |
操作界面 |
方案1 |
數(shù)控系統(tǒng) |
|
方案2 |
永宏P(guān)LC |
永宏HMI |
方案3 |
臺(tái)達(dá)PLC |
威綸HMI |
方案4 |
信捷PLC |
威綸HMI |
… |
… |
… |
表2-1 兩軸數(shù)控批花機(jī)系統(tǒng)方案
2.2客戶需求
根據(jù)客戶要求,兩軸數(shù)控批花機(jī)的整體動(dòng)作需要達(dá)到XZ兩軸快速對(duì)刀、X軸慢速進(jìn)刀和XZ兩軸快速退刀,依次循環(huán)。兩軸數(shù)控批花機(jī)具體功能要求如表2-2。
要求1 |
快速對(duì)刀,實(shí)現(xiàn)XZ軸快速對(duì)刀。 |
要求2 |
慢速進(jìn)刀,實(shí)現(xiàn)X軸慢速進(jìn)刀。 |
要求3 |
快速退刀,實(shí)現(xiàn)XZ軸快速退刀。 |
要求4 |
慢速進(jìn)刀時(shí),需要3段速度控制。 |
要求5 |
對(duì)刀、進(jìn)刀和退刀參數(shù)快捷可調(diào)。 |
要求6 |
真空吸料,具有異常報(bào)警功能。 |
要求7 |
主軸電機(jī),具有異常報(bào)警功能。 |
要求8 |
XZ軸,具有軟行程極限報(bào)警功能。 |
… |
… |
表2-2 兩軸數(shù)控批花機(jī)具體功能要求
2.3解決方案
兩軸數(shù)控批花機(jī)主要用于各種各樣的手機(jī)外殼、銘牌、銅鋁制品精密批花加工。根據(jù)動(dòng)作及工藝要求,該方案主要包括系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì);其中系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括硬件(產(chǎn)品)配置、機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制等三部分,系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括流程控制、I/O配置和程序設(shè)計(jì)等三部分;兩軸數(shù)控批花機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)如表2-3;兩軸數(shù)控批花機(jī)實(shí)物圖如圖2-1。
設(shè)計(jì)參數(shù) |
實(shí)物效果圖 |
|
控制系統(tǒng) |
永宏P(guān)LC |
|
操作界面 |
永宏HMI |
|
伺服驅(qū)動(dòng) |
永宏伺服 |
|
主軸驅(qū)動(dòng) |
變頻異步電機(jī) |
|
工作效率 |
2-3sec/pcs |
|
工作精度 |
±1um |
|
工作氣壓 |
0.4MPa-0.6MPa |
|
工作電源 |
220VAC 50Hz 360W |
|
工作環(huán)境 |
溫度5-40℃ |
|
濕度20-90% |
表2-3 兩軸數(shù)控批花機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù) 圖2-1 兩軸數(shù)控批花機(jī)實(shí)物效果圖
基于上述各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),兩軸數(shù)控批花機(jī)系統(tǒng)方案架構(gòu)如圖2-2;本方案控制系統(tǒng)采用永宏經(jīng)濟(jì)型B1系列PLC控制器,主要控制整體設(shè)備的動(dòng)作流程;伺服系統(tǒng)采用永宏A3伺服驅(qū)動(dòng)器及其電機(jī),主要控制XZ兩軸的對(duì)刀、進(jìn)刀和退刀;主軸電機(jī)采用變頻異步電機(jī),主要控制刀盤的高速旋轉(zhuǎn);上位機(jī)采用永宏經(jīng)濟(jì)型HU系列HMI操作界面,提供操作畫面、參數(shù)畫面、手動(dòng)畫面和廠家設(shè)置畫面,用戶可根據(jù)自身需求進(jìn)行各項(xiàng)操作和參數(shù)設(shè)置。
圖2-2 兩軸數(shù)控批花機(jī)系統(tǒng)方案架構(gòu)圖
3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3.1硬件配置
兩軸數(shù)控批花機(jī)的系統(tǒng)硬件由永宏B1-24MT2-D24PLC控制器、永宏HU070L-00HMI觸摸屏、永宏A3400W伺服驅(qū)動(dòng)器及其電機(jī)和外圍輸入輸出線路(包括按鈕和指示燈等)組成。兩軸數(shù)控批花機(jī)系統(tǒng)硬件清單如表3-1;兩軸數(shù)控批花機(jī)系統(tǒng)硬件配置如圖3-1
硬件明細(xì)表 |
硬件配置圖 |
|
永宏P(guān)LC |
1臺(tái) |
|
永宏觸摸屏 |
1臺(tái) |
|
永宏伺服 |
2套 |
|
主軸電機(jī) |
1套 |
|
真空吸料閥 |
1套 |
|
真空吹氣閥 |
1套 |
|
傳感器 |
若干 |
|
電氣部件 |
若干 |
|
機(jī)械部件 |
若干 |
表3-1 兩軸數(shù)控批花機(jī)硬件明細(xì)表 圖3-1 兩軸數(shù)控批花機(jī)硬件配置圖
3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)
兩軸數(shù)控批花機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由三部分組成:XZ兩軸(對(duì)刀、進(jìn)刀和退刀),主軸電機(jī)(旋轉(zhuǎn)刀盤)和批花平臺(tái)(放置待加工產(chǎn)品)。兩軸數(shù)控批花機(jī)整體結(jié)構(gòu)解析如圖3-2。
圖3-2 兩軸數(shù)控批花機(jī)整體結(jié)構(gòu)解析圖
3.3電氣控制
兩軸數(shù)控批花機(jī)的電氣控制采用永宏P(guān)LC作為設(shè)備核心控制單元,實(shí)現(xiàn)對(duì)XZ軸伺服、主軸電機(jī)和氣動(dòng)元件等執(zhí)行單元的控制。兩軸數(shù)控批花機(jī)PLC接線原理如圖3-3,PLC電氣控制柜接線如圖3-4。
圖3-3 兩軸數(shù)控批花機(jī)電氣控制原理圖
圖3-4 兩軸數(shù)控批花機(jī)電氣控制柜接線圖
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1工藝流程
兩軸數(shù)控批花機(jī)的工藝流程主要包括三部分:XZ軸快速對(duì)刀、X軸慢速進(jìn)刀和XZ軸快速退刀,這三個(gè)部分的動(dòng)作為一個(gè)加工周期。兩軸數(shù)控批花機(jī)工藝流程如圖4-1。
圖4-1 兩軸數(shù)控批花機(jī)工藝流程圖
4.2控制流程
兩軸數(shù)控批花機(jī)的控制流程如圖4-2。
圖4-2 兩軸數(shù)控批花機(jī)控制流程圖
4.3PLCI/O點(diǎn)配置
根據(jù)兩軸數(shù)控批花機(jī)工藝流程和控制流程要求,進(jìn)行了永宏P(guān)LC程序I/O點(diǎn)配置;永宏P(guān)LC輸入點(diǎn)配置如表4-1,輸出點(diǎn)配置表如表4-2。
PLC輸入點(diǎn)配置 |
|||
編號(hào) |
批注 |
編號(hào) |
批注 |
X0 |
X軸原點(diǎn)感應(yīng) |
X4 |
啟動(dòng)(按鈕) |
X1 |
Z軸原點(diǎn)感應(yīng) |
X5 |
停止(按鈕) |
X2 |
復(fù)位(按鈕) |
X6 |
X軸伺服報(bào)警 |
X3 |
手動(dòng)/自動(dòng)(按鈕) |
X7 |
Z軸伺服報(bào)警 |
… |
… |
… |
… |
表4-1 PLC輸入點(diǎn)配置表
PLC輸出點(diǎn)配置 |
|||
編號(hào) |
批注 |
編號(hào) |
批注 |
Y0 |
X軸脈沖信號(hào) |
Y4 |
主軸電機(jī) |
Y1 |
X軸方向信號(hào) |
Y5 |
Z軸方向信號(hào) |
Y2 |
Z軸脈沖信號(hào) |
Y6 |
吹氣 |
Y3 |
Z軸方向信號(hào) |
Y7 |
伺服剎車信號(hào) |
… |
… |
… |
… |
表4-2 PLC輸出點(diǎn)配置表
4.4PLC功能指令應(yīng)用
4.4.1參數(shù)設(shè)置指令
永宏P(guān)LC脈沖輸出的參數(shù)設(shè)置有專門的參數(shù)設(shè)置指令(FUN141),永宏FUN141指令的參數(shù)設(shè)置方式采用表格的形式進(jìn)行參數(shù)編輯。永宏P(guān)LC設(shè)置參數(shù)如表4-3,永宏P(guān)LC設(shè)置參數(shù)程序如圖4-3
永宏P(guān)LC參數(shù)設(shè)置 |
|||
名稱 |
數(shù)值 |
名稱 |
數(shù)值 |
每圈脈沖數(shù) |
1600ps/r |
起始結(jié)束設(shè)定 |
141Hz |
每圈移動(dòng)量 |
22160um/r |
一般加減速 |
150ms |
最高速度設(shè)定 |
200KHz |
補(bǔ)間加減速 |
200ms |
… |
… |
… |
… |
表4-4 永宏P(guān)LC設(shè)置參數(shù)表
圖4-3 永宏P(guān)LC設(shè)置參數(shù)程序
4.4.2脈沖輸出指令
永宏P(guān)LC脈沖輸出控制有專門的命令設(shè)置指令(FUN140),永宏FUN140指令的命令設(shè)置方式同樣是采用表格的形式進(jìn)行命令編輯;使用永宏脈沖輸出指令可以很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)XZ軸的單軸高速定位控制。永宏P(guān)LC脈沖輸出控制程序如圖4-4,永宏P(guān)LC脈沖輸出控制設(shè)置表格如圖4-5。
圖4-4 脈沖輸出控制程序 圖4-5 脈沖輸出控制表格
4.4.2脈沖輸出指令
永宏P(guān)LC脈沖輸出控制有專門的命令設(shè)置指令(FUN140),永宏FUN140指令的命令設(shè)置方式同樣是采用表格的形式進(jìn)行命令編輯;使用永宏脈沖輸出指令可以很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)XZ軸的單軸高速定位控制。永宏P(guān)LC脈沖輸出控制程序如圖4-4,永宏P(guān)LC脈沖輸出控制設(shè)置表格如圖4-5。
同時(shí)還可以采用該指令中的衍生指令多段速指令(DRVC),來進(jìn)行X軸的3段速度進(jìn)刀控制;只需要在伺服命令表格上進(jìn)行簡單的編輯之后,便可以實(shí)現(xiàn)3段速度控制;采用3段速度控制來取代傳統(tǒng)的單段速度控制,從而提高了產(chǎn)品的整體質(zhì)量。永宏P(guān)LC3段速度脈沖輸出控制程序如圖4-6,永宏P(guān)LC3段速度脈沖輸出控制設(shè)置表格如圖4-7。
圖4-6 3段速度控制程序 圖4-7 3段速度控制表格
4.5HMI畫面設(shè)計(jì)
4.5.1功能選擇畫面
兩軸數(shù)控批花機(jī)的功能選擇畫面主要用于操作畫面、參數(shù)畫面、手動(dòng)畫面和廠家設(shè)置畫面的自由切換。兩軸數(shù)控批花機(jī)的功能選擇面如圖4-8。
圖4-8 自動(dòng)控制畫面
4.5.2自動(dòng)操作畫面
兩軸數(shù)控批花機(jī)的自動(dòng)控制畫面主要用于顯示生產(chǎn)產(chǎn)量、XZ兩軸當(dāng)前坐標(biāo)和當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)等相關(guān)信息;同時(shí)還可以切換到功能選擇畫面。兩軸數(shù)控批花機(jī)的自動(dòng)操作畫面如圖4-9。
圖4-9 自動(dòng)操作畫面
4.5.3 手動(dòng)調(diào)試畫面
兩軸數(shù)控批花機(jī)的手動(dòng)調(diào)試畫面主要用于XZ兩軸坐標(biāo)的調(diào)試。兩軸數(shù)控批花機(jī)的XZ軸手動(dòng)調(diào)試畫面如圖4-10。
圖4-10 XZ軸手動(dòng)調(diào)試畫面
4.5.4參數(shù)設(shè)置畫面
兩軸數(shù)控批花機(jī)的參數(shù)設(shè)置畫面主要用于XZ兩軸軸坐標(biāo)的設(shè)置和主軸電機(jī)的參數(shù)設(shè)置。兩軸數(shù)控批花機(jī)參數(shù)設(shè)置畫面如圖4-11。
圖4-11 參數(shù)設(shè)置畫面
4.5.5 廠家設(shè)置畫面
兩軸數(shù)控批花機(jī)的廠家設(shè)置畫面主要用于設(shè)置XZ軸的相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)。兩軸數(shù)控批花機(jī)廠家設(shè)置畫面如圖4-12。
圖4-12 廠家設(shè)置畫面
5結(jié)論(實(shí)施結(jié)果)
通過現(xiàn)場調(diào)試,兩軸數(shù)控批花機(jī)的平均加工時(shí)間可以達(dá)到2-3sec/pcs;批花控制精度可以達(dá)到±1um;從而高性價(jià)比的永宏P(guān)LC在兩軸數(shù)控批花機(jī)上得到了很好的應(yīng)用。
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