【文章內容簡介】 ； （ 4）裝夾完成后開始啟動電源，校直機開始工作。檢測系統(tǒng)開始檢測彎曲變形量； （ 5）位移傳感器檢測出的信號經過數(shù)據(jù)采集卡將信號傳遞給工控機進行處理； （ 6）工控機進行一次預判，判斷校直次數(shù)是否達到預定次數(shù)，該預定次數(shù)由開始操作人員在工控機上面輸入的次數(shù)； （ 7）如果校直次數(shù)達到了預定次數(shù)，則零件報廢，由工 作臺退出零件，校直過程結束； （ 8）若校直次數(shù)沒有達到預定次數(shù)，則由位移傳感器檢測出信號反饋飛工控機進行分析，該校直量是否在精度范圍內； （ 9）若精度在精度范圍內，結束校直； （ 10）若精度沒有達到精度要求的范圍，由氣動控制單元將工件凸點位置朝上翻轉； （ 11）液壓系統(tǒng)開始工作，壓頭調整到相應的位置； （ 12）工控機 I/O 模塊開始計算下壓量； （ 13）壓頭按照工控機發(fā)出的下壓量開始下壓，對工件進行校直； （ 14）當校直過程完成，由測控系統(tǒng)再次進行彎曲測量； （ 15）返回第（ 4）步操作，直到工件彎曲量在工件精 度允許范圍內為主，此時工件合格，退出零件； （ 16）程序結束。 通過以上分析，畫出了該合金管校直機床的程序流程圖，該程序流程圖如圖： 14 圖 15 機床控制面板：該面板是就本課題自行設計的一個工作控制面板，因此只根據(jù)系統(tǒng)需要設計了一些必要的控制按鈕。 其中機床面板按鍵 /指示燈功能設計如下： （ 1） 系統(tǒng)預備指示燈（黃色）：該指示燈燈亮表示工作人員將合金管放上工作臺，系統(tǒng)馬上準備工作。 （ 2） 運行指示燈（綠色）：系統(tǒng)處于自動運行狀態(tài)。 （ 3） 故障指示燈（紅色）：系統(tǒng)處于故障狀態(tài)。 （ 4） 數(shù)控開（ SA1）：啟動數(shù)控系統(tǒng)。 （ 5） 數(shù)控關（ SA2）：關閉數(shù)控系統(tǒng)。 （ 6） 啟動（ SB1）：運行數(shù)控程序（數(shù)控系統(tǒng)處于自動運行模式時有效）。 （ 7） 停止（ SB2）：暫停數(shù)控程序的運行，可以按“啟動”鍵繼續(xù)運行程序。 （ 8） 緊急停止（ SB4）：按下此鍵系統(tǒng)各軸停止，壓頭回到初始位置，主軸停止旋轉。解除停止時，順時針旋轉“緊急停止”旋鈕，并按下“復位”按鈕使系統(tǒng)復位。 （ 9） 檢測（ SB5） :按下此鍵后位移傳感器開始工作，工件開始旋轉，對工件的徑向跳動差值進行測量，并通過 D/A轉換器將信號轉換成數(shù)據(jù)模量后反饋給工控機，工控機通過系統(tǒng)計算出下壓量發(fā)出指 令驅動液壓系統(tǒng)，此時壓頭開始工16 作。 （ 10） 夾緊 （ SB7） ：工件經過卡盤對工件進行夾緊操作和松開。 （ 11） 主軸倍率開關：用于主軸速度修調。 （ 12） 進給倍率開關：用于進給軸速度修調。 （ 13） X（ SB10） ：使工件沿 B軸負向移動。 （ 14） X+（ SB11） ：使工件沿 B軸正向移動。 （ 15） Z（ SB12） ：使壓頭沿 Z軸負向移動。 （ 16） Z+（ SB13） ：使壓頭臺沿 Z軸正向移動。 （ 17） A（ SB14） ：使工作臺沿 A軸負向轉動。 （ 18） A+（ SB15） ：使工作臺沿 A 軸正向轉動。 本章小結 本章主要對合金管校直機總體控制方案作出了說明，并對該校直機床的特點對系統(tǒng)進行了選型，選擇了西門子 802D數(shù)控系統(tǒng)和 611UE伺服驅動系統(tǒng)，并對這兩個系統(tǒng)作出了簡單的介紹說明。接著對該校直機床整個控制過程進行了動作分析，確定了并畫出校直機床的基本流程路加以說明。然后就本課題所涉及的合金管校直的控制面板作出了一個簡單的設計，并對各個按鈕的功能作出了簡單的介紹。 17 4 合金管校直機伺服系統(tǒng)選型與設計 伺服控制系統(tǒng)的組成 合金管校直控制系統(tǒng)包括壓下位置伺服控制系統(tǒng)（壓頭動作、 A軸轉動、拖板移動、輔助支撐）和上下料輔助控制系統(tǒng)，而上下料控制系統(tǒng)對其位置精度不作過高要 求，因此本課題研究的重點是壓下位置伺服控制系統(tǒng)。 由合金管校直機校直工藝的要求和運動的分析及校直機床的結構可知，該合金管校直機液壓系統(tǒng)包括下料機構的液壓機構、頂尖的液壓機構和夾具（三爪卡盤）的液壓機構三大部分。 1 下料液壓機構 該校直機由油缸、液壓泵、各種閥門等組成。 2 頂尖液壓機構 校直機進行校直時，兩端頂尖夾持工件，夾持前工件中心孔軸線略低于頂尖中心線，夾持后工件與頂尖同軸。一端頂尖與電動機連接，稱為主動端，帶動工件旋轉；另一端頂尖與光電編碼器連接，稱為反饋端，由工件帶動 旋轉。其中，頂尖驅動的扭矩是靠頂尖外表面與工件中心孔內表面之間的靜摩擦力實現(xiàn)傳遞的。 3 三爪卡盤液壓機構 該三爪卡盤有一個螺旋盤，一個擺動油缸及柱塞等。 大椎齒輪背面加工出凹槽，圓柱活塞一端與槽配合，另一端裝在液壓缸定子葉片的孔中，端部裝有彈簧，柱塞在彈簧作用下一端始終與凹槽接觸 [9]。 由以上介紹，畫出液壓機構原理圖如圖 ，液壓電磁閥的得電順序表如圖： 18 圖 圖 測控系統(tǒng) 本課題所選用的測控系統(tǒng)主要原理是先由傳感器對 被測對象進行檢測，將檢查出的信號進行調理后反饋給數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡經過數(shù)據(jù)處理后將處理后的數(shù)據(jù)反饋給工業(yè)控制計算機 [10]。由工控機進行分析處理后計算出下壓量，并發(fā)出指令，驅動系統(tǒng)帶動執(zhí)行機構對被檢測對象進行下壓校直。校直后再重復這個19 動作循環(huán)，直到被測對象達到所需要的精度要求?，F(xiàn)將測控系統(tǒng)的測控原理圖表示如圖 。 圖 當然，對于測量機構的位置進行了固定，測量機構固定圖如圖 。 運動控制卡的選型 由于本課題設計合金管校直機控制系統(tǒng)需要三軸聯(lián)動，因此對機器啟動后動作 要求較高。而 JMC2410是一款基于 PCI接口 4軸運動控制卡，控制步進電機或接收脈沖命令的伺服電機。因此這里采用 JMC2410運動控制卡。如下圖 ，介紹了 JMC2410運動控制卡與工控機之間的相互關系。 20 圖 JMC2410 使用了專用的運動控制 ASIC 芯片，支持硬件直線插補；參數(shù)計算、加 /減速處理、多軸直線插補由硬件完成，可以有效減小計算機的系統(tǒng)負擔； JMC2410 可接受編碼器信號，并提供位置鎖存函數(shù)。當鎖存信號被觸發(fā)，編碼器當前位置就立即被捕獲，并可產生中斷。捕獲當前位置信號過程由硬 件高速完成；支持位置比較（大于、等于、小于）功能，比較條件滿足時可產生比較輸出信號，并且可產生中斷； JMC2410 提供了板號設置功能，用戶將板號設定后，該卡上四個軸的軸號被確定下來；避免了使用 BIOS 自動查找控制卡時， PCI 接口接觸不良導致各軸被重新編號的問題； JMC2410 還具有許多其它高級功能，如飛行加速、減速， 動態(tài)修改目標位置；支持非對稱加減速；使用軟件或外部輸入信號可以控制 JMC2410 的各個軸或多塊卡上的軸同時開始運動或同時停止運動 [11]。 JMC2140 技術規(guī)格如下所示： 單卡可控制 4 軸； 最大脈沖輸出頻率 5Mpps,支持 T 型速度曲線、 S型速度曲線加速 /減速； 支持運行中改變速度（飛行加 /減速）； 支持非對稱加速、減速； 28bit 位置計數(shù)器，計數(shù)范圍： 134,217,728 to +134,217,727； 21 內置位置比較器，條件滿足可產生中斷，并支持比較輸出； 支持位置鎖存，可產生中斷； 支持任意兩軸間直線插補； 支持編碼器輸入； 支持手輪輸入； 支持板號設置，同一系統(tǒng)最大可支持 16張 JMC2410； 20路隔離數(shù)字輸入（ DI） 。 20路開集電極（ Open collector）非隔離 數(shù)字輸出（ DO）； 32MHz 3/ PCI 接口； 68 針 SCSI II 接口。 驅動器及元器件的選型 1 位移傳感器 針對本課題合金管校直機的工藝要求，要求傳感器測出的位移變化量與輸出電信號（電壓和電流）的變化量之間的關系要能很明顯的顯示出來，要求把機械變化量轉變成標準電訊號供給數(shù)據(jù)采集卡和 PLC進行過程控制。根據(jù)這些要求通過比較各種特點選取 WYDC系列傳感器，具體型號為 WYDC5L傳感器。 WYDC 系列產品是將傳感器線圈和電子線路安裝在一個不銹鋼管里，實現(xiàn)了機電一體化，具有較強的抗 干擾能力。該系列產品具有行程大、精度高、穩(wěn)定性好、安裝使用方便等優(yōu)點。是位移、距離、伸長、移動、厚度、振動、膨脹、液位、壓縮，應變等等物理量的檢測和分析的有力工具 [12]。 WYDC 位移傳感器 技術規(guī)格如下所示： 靈敏度（ mv/v/mm）： 1001000 初級勵磁電壓： 5V（ 38） 動態(tài)頻率： 0200HZ（ 3DB）標準 0800HZ 最高（動態(tài)位移測量） 靈敏度漂移：零點： （ %/℃ ）滿度： （ %/℃ ） 負載阻抗： 20KΩ 工作溫度： 20℃ +70℃ 標準 40℃ +200℃ （耐高低溫） 高精度： % 高分辨率： 供電電壓： 6VDC 12VDC 24VDC 177。9VDC 177。12VDC 177。15VDC 22 輸出電壓： 0—— 5V 0—— 10V 0—— 177。5V 0—— 177。10V 輸出電流： 0—— 10mA 020mA 420mA 2 DC 輸入隔離電源模塊 根 據(jù) 前 面 的 分 析 綜 合 考 慮 采 用 的 DC 輸 入 隔 離 電 源 模 塊 型 號 為24VDC/12VDC8A，品牌 OEM。其技術規(guī)格如下： 輸入 15—— 40VDC； 輸出 24VDC8A； 輸 出電壓 1124V可調，最大功率 100W； 尺寸： 111mm*78mm*38mm； 輸入輸出不隔離。 3 數(shù)據(jù)采集卡 通過對本課題的工藝要求和前面的分析，采用研華 USB 4711A多功能數(shù)據(jù)采集模塊。該數(shù)據(jù)模塊為即插即用數(shù)據(jù)采集模塊，無需打開計算機機箱來安裝板卡，僅需插上模塊，便可以采集到數(shù)據(jù)，簡單高效，無需連接外部電源。它在工業(yè)應用中足夠可靠和穩(wěn)定，但價格卻并不昂貴。 其技術規(guī)格特點：支持 ；便攜設計；總線供電； 16路模擬輸入通道； 12位分辨率；采樣速率高達 150Ks/s； 8路 DI,8路 DO， 2路 AO和 1路 32位計數(shù)器；帶有接線端子；適合 DIN導軌安裝；鎖緊 USB電纜用于緊固式連接。 通過以上的敘述，將傳感器的供電和采集卡的連接繪制如下圖 : 23 圖 24 驅動系統(tǒng)的設計計算及選型 1主軸電機 主軸電機采用 MRJ3系列進給電機系列調速三相異步電動機。 MRJ3系列變頻調速三相異步電動機，是以變頻器為供電電源的變頻調速三相異步電動機，通過改變電源頻率實現(xiàn)平滑地調節(jié)電動機的轉速，達到節(jié)能和控制自動化的目的。 MRJ3系列變頻調速三相異步電動機 是適用于由變頻器供電的變頻調速系統(tǒng)中運行的專用異步電動機，是全國統(tǒng)一設計新的專用系列產品，可與國內、國外各種 SPWM變頻調速裝置配套，裝有的冷卻風機是獨立的，這樣是為了保證電機的冷卻效果，因為會有不同的轉速發(fā)出的熱量是不一樣的。該系列電機廣泛的應用到了多個領域，比如機車、紡織、冶金、運輸、化工、印染、礦山等行業(yè)及風機、泵類的節(jié)能調速場合 [13]。 該電機具有節(jié)能，無極調速范圍寬，噪聲低，振動小等優(yōu)點以及低速恒轉矩輸出、高速恒功率輸出之機械特性，該系列電機安裝尺寸和功率等級完全符合 IEC標準，通用性和互換性較 好，外殼防護等級為 IP54，冷卻方式為 IC416，工作制為 SI，采用 F級絕緣，≤ 55kw為 Y接法，＞ 55kw為△接法。 2 伺服電機和伺服驅動器的選型 進給電機采用三菱 HF系列伺服電機。三棱 HF系列伺服電機是一種特別緊湊型永磁同步電機，具有大功率高性能，內有旋轉變壓器（ Resolver）用于速度和位置的監(jiān)測。 HF系列伺服電機沒有外部冷卻，通過點擊表面散熱。具有很高的負載特性。由控制系統(tǒng)的方案設計可知，進給軸采用全閉環(huán)控制系統(tǒng)，傳動機構由減速機構和滾珠絲杠副。 （ 1） 拖板伺服電機 主要技術參數(shù)選擇：傳動機構的 效率η 為 ，傳動比 i為 6，絲杠螺距p為 5mm、直徑 30mm、質量 50kg，小齒輪直徑 60mm（ ）、質量 m1 為 5kg，大齒輪直徑 360mm()、質量 m2