【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ； （ 4）裝夾完成后開始啟動(dòng)電源，校直機(jī)開始工作。檢測(cè)系統(tǒng)開始檢測(cè)彎曲變形量； （ 5）位移傳感器檢測(cè)出的信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡將信號(hào)傳遞給工控機(jī)進(jìn)行處理； （ 6）工控機(jī)進(jìn)行一次預(yù)判，判斷校直次數(shù)是否達(dá)到預(yù)定次數(shù)，該預(yù)定次數(shù)由開始操作人員在工控機(jī)上面輸入的次數(shù)； （ 7）如果校直次數(shù)達(dá)到了預(yù)定次數(shù)，則零件報(bào)廢，由工 作臺(tái)退出零件，校直過(guò)程結(jié)束； （ 8）若校直次數(shù)沒(méi)有達(dá)到預(yù)定次數(shù)，則由位移傳感器檢測(cè)出信號(hào)反饋飛工控機(jī)進(jìn)行分析，該校直量是否在精度范圍內(nèi)； （ 9）若精度在精度范圍內(nèi)，結(jié)束校直； （ 10）若精度沒(méi)有達(dá)到精度要求的范圍，由氣動(dòng)控制單元將工件凸點(diǎn)位置朝上翻轉(zhuǎn)； （ 11）液壓系統(tǒng)開始工作，壓頭調(diào)整到相應(yīng)的位置； （ 12）工控機(jī) I/O 模塊開始計(jì)算下壓量； （ 13）壓頭按照工控機(jī)發(fā)出的下壓量開始下壓，對(duì)工件進(jìn)行校直； （ 14）當(dāng)校直過(guò)程完成，由測(cè)控系統(tǒng)再次進(jìn)行彎曲測(cè)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(nèi)為主，此時(shí)工件合格，退出零件； （ 16）程序結(jié)束。 通過(guò)以上分析，畫出了該合金管校直機(jī)床的程序流程圖，該程序流程圖如圖： 14 圖 15 機(jī)床控制面板：該面板是就本課題自行設(shè)計(jì)的一個(gè)工作控制面板，因此只根據(jù)系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)了一些必要的控制按鈕。 其中機(jī)床面板按鍵 /指示燈功能設(shè)計(jì)如下： （ 1） 系統(tǒng)預(yù)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(tái)，系統(tǒng)馬上準(zhǔn)備工作。 （ 2） 運(yùn)行指示燈（綠色）：系統(tǒng)處于自動(dòng)運(yùn)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）：?jiǎn)?dòng)數(shù)控系統(tǒng)。 （ 5） 數(shù)控關(guān)（ SA2）：關(guān)閉數(shù)控系統(tǒng)。 （ 6） 啟動(dòng)（ SB1）：運(yùn)行數(shù)控程序（數(shù)控系統(tǒng)處于自動(dòng)運(yùn)行模式時(shí)有效）。 （ 7） 停止（ SB2）：暫停數(shù)控程序的運(yùn)行，可以按“啟動(dòng)”鍵繼續(xù)運(yùn)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(zhuǎn)。解除停止時(shí)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)“緊急停止”旋鈕，并按下“復(fù)位”按鈕使系統(tǒng)復(fù)位。 （ 9） 檢測(cè)（ SB5） :按下此鍵后位移傳感器開始工作，工件開始旋轉(zhuǎn)，對(duì)工件的徑向跳動(dòng)差值進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò) D/A轉(zhuǎn)換器將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)模量后反饋給工控機(jī)，工控機(jī)通過(guò)系統(tǒng)計(jì)算出下壓量發(fā)出指 令驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)，此時(shí)壓頭開始工16 作。 （ 10） 夾緊 （ SB7） ：工件經(jīng)過(guò)卡盤對(duì)工件進(jìn)行夾緊操作和松開。 （ 11） 主軸倍率開關(guān)：用于主軸速度修調(diào)。 （ 12） 進(jìn)給倍率開關(guān)：用于進(jìn)給軸速度修調(diào)。 （ 13） X（ SB10） ：使工件沿 B軸負(fù)向移動(dòng)。 （ 14） X+（ SB11） ：使工件沿 B軸正向移動(dòng)。 （ 15） Z（ SB12） ：使壓頭沿 Z軸負(fù)向移動(dòng)。 （ 16） Z+（ SB13） ：使壓頭臺(tái)沿 Z軸正向移動(dòng)。 （ 17） A（ SB14） ：使工作臺(tái)沿 A軸負(fù)向轉(zhuǎn)動(dòng)。 （ 18） A+（ SB15） ：使工作臺(tái)沿 A 軸正向轉(zhuǎn)動(dòng)。 本章小結(jié) 本章主要對(duì)合金管校直機(jī)總體控制方案作出了說(shuō)明，并對(duì)該校直機(jī)床的特點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了選型，選擇了西門子 802D數(shù)控系統(tǒng)和 611UE伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并對(duì)這兩個(gè)系統(tǒng)作出了簡(jiǎn)單的介紹說(shuō)明。接著對(duì)該校直機(jī)床整個(gè)控制過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)作分析，確定了并畫出校直機(jī)床的基本流程路加以說(shuō)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(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，并對(duì)各個(gè)按鈕的功能作出了簡(jiǎn)單的介紹。 17 4 合金管校直機(jī)伺服系統(tǒng)選型與設(shè)計(jì) 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(dòng)作、 A軸轉(zhuǎn)動(dòng)、拖板移動(dòng)、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(duì)其位置精度不作過(guò)高要 求，因此本課題研究的重點(diǎn)是壓下位置伺服控制系統(tǒng)。 由合金管校直機(jī)校直工藝的要求和運(yùn)動(dòng)的分析及校直機(jī)床的結(jié)構(gòu)可知，該合金管校直機(jī)液壓系統(tǒng)包括下料機(jī)構(gòu)的液壓機(jī)構(gòu)、頂尖的液壓機(jī)構(gòu)和夾具（三爪卡盤）的液壓機(jī)構(gòu)三大部分。 1 下料液壓機(jī)構(gòu) 該校直機(jī)由油缸、液壓泵、各種閥門等組成。 2 頂尖液壓機(jī)構(gòu) 校直機(jī)進(jìn)行校直時(shí)，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(dòng)機(jī)連接，稱為主動(dòng)端，帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)；另一端頂尖與光電編碼器連接，稱為反饋端，由工件帶動(dòng) 旋轉(zhuǎn)。其中，頂尖驅(qū)動(dòng)的扭矩是靠頂尖外表面與工件中心孔內(nèi)表面之間的靜摩擦力實(shí)現(xiàn)傳遞的。 3 三爪卡盤液壓機(jī)構(gòu) 該三爪卡盤有一個(gè)螺旋盤，一個(gè)擺動(dòng)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(jī)構(gòu)原理圖如圖 ，液壓電磁閥的得電順序表如圖： 18 圖 圖 測(cè)控系統(tǒng) 本課題所選用的測(cè)控系統(tǒng)主要原理是先由傳感器對(duì) 被測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)，將檢查出的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理后反饋給數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡經(jīng)過(guò)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(jì)算機(jī) [10]。由工控機(jī)進(jìn)行分析處理后計(jì)算出下壓量，并發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)被檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行下壓校直。校直后再重復(fù)這個(gè)19 動(dòng)作循環(huán)，直到被測(cè)對(duì)象達(dá)到所需要的精度要求?，F(xiàn)將測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)控原理圖表示如圖 。 圖 當(dāng)然，對(duì)于測(cè)量機(jī)構(gòu)的位置進(jìn)行了固定，測(cè)量機(jī)構(gòu)固定圖如圖 。 運(yùn)動(dòng)控制卡的選型 由于本課題設(shè)計(jì)合金管校直機(jī)控制系統(tǒng)需要三軸聯(lián)動(dòng)，因此對(duì)機(jī)器啟動(dòng)后動(dòng)作 要求較高。而 JMC2410是一款基于 PCI接口 4軸運(yùn)動(dòng)控制卡，控制步進(jìn)電機(jī)或接收脈沖命令的伺服電機(jī)。因此這里采用 JMC2410運(yùn)動(dòng)控制卡。如下圖 ，介紹了 JMC2410運(yùn)動(dòng)控制卡與工控機(jī)之間的相互關(guān)系。 20 圖 JMC2410 使用了專用的運(yùn)動(dòng)控制 ASIC 芯片，支持硬件直線插補(bǔ)；參數(shù)計(jì)算、加 /減速處理、多軸直線插補(bǔ)由硬件完成，可以有效減小計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)負(fù)擔(dān)； JMC2410 可接受編碼器信號(hào)，并提供位置鎖存函數(shù)。當(dāng)鎖存信號(hào)被觸發(fā)，編碼器當(dāng)前位置就立即被捕獲，并可產(chǎn)生中斷。捕獲當(dāng)前位置信號(hào)過(guò)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(shí)可產(chǎn)生比較輸出信號(hào)，并且可產(chǎn)生中斷； JMC2410 提供了板號(hào)設(shè)置功能，用戶將板號(hào)設(shè)定后，該卡上四個(gè)軸的軸號(hào)被確定下來(lái)；避免了使用 BIOS 自動(dòng)查找控制卡時(shí)， PCI 接口接觸不良導(dǎo)致各軸被重新編號(hào)的問(wèn)題； JMC2410 還具有許多其它高級(jí)功能，如飛行加速、減速， 動(dòng)態(tài)修改目標(biāo)位置；支持非對(duì)稱加減速；使用軟件或外部輸入信號(hào)可以控制 JMC2410 的各個(gè)軸或多塊卡上的軸同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)或同時(shí)停止運(yùn)動(dòng) [11]。 JMC2140 技術(shù)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(yùn)行中改變速度（飛行加 /減速）； 支持非對(duì)稱加速、減速； 28bit 位置計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)范圍： 134,217,728 to +134,217,727； 21 內(nèi)置位置比較器，條件滿足可產(chǎn)生中斷，并支持比較輸出； 支持位置鎖存，可產(chǎn)生中斷； 支持任意兩軸間直線插補(bǔ)； 支持編碼器輸入； 支持手輪輸入； 支持板號(hào)設(shè)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(qū)動(dòng)器及元器件的選型 1 位移傳感器 針對(duì)本課題合金管校直機(jī)的工藝要求，要求傳感器測(cè)出的位移變化量與輸出電信號(hào)（電壓和電流）的變化量之間的關(guān)系要能很明顯的顯示出來(lái)，要求把機(jī)械變化量轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)電訊號(hào)供給數(shù)據(jù)采集卡和 PLC進(jìn)行過(guò)程控制。根據(jù)這些要求通過(guò)比較各種特點(diǎn)選取 WYDC系列傳感器，具體型號(hào)為 WYDC5L傳感器。 WYDC 系列產(chǎn)品是將傳感器線圈和電子線路安裝在一個(gè)不銹鋼管里，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，具有較強(qiáng)的抗 干擾能力。該系列產(chǎn)品具有行程大、精度高、穩(wěn)定性好、安裝使用方便等優(yōu)點(diǎn)。是位移、距離、伸長(zhǎng)、移動(dòng)、厚度、振動(dòng)、膨脹、液位、壓縮，應(yīng)變等等物理量的檢測(cè)和分析的有力工具 [12]。 WYDC 位移傳感器 技術(shù)規(guī)格如下所示： 靈敏度（ mv/v/mm）： 1001000 初級(jí)勵(lì)磁電壓： 5V（ 38） 動(dòng)態(tài)頻率： 0200HZ（ 3DB）標(biāo)準(zhǔn) 0800HZ 最高（動(dòng)態(tài)位移測(cè)量） 靈敏度漂移：零點(diǎn)： （ %/℃ ）滿度： （ %/℃ ） 負(fù)載阻抗： 20KΩ 工作溫度： 20℃ +70℃ 標(biāo)準(zhǔn) 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(hào) 為24VDC/12VDC8A，品牌 OEM。其技術(shù)規(guī)格如下： 輸入 15—— 40VDC； 輸出 24VDC8A； 輸 出電壓 1124V可調(diào)，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(guò)對(duì)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(wú)需打開計(jì)算機(jī)機(jī)箱來(lái)安裝板卡，僅需插上模塊，便可以采集到數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單高效，無(wú)需連接外部電源。它在工業(yè)應(yīng)用中足夠可靠和穩(wěn)定，但價(jià)格卻并不昂貴。 其技術(shù)規(guī)格特點(diǎn)：支持 ；便攜設(shè)計(jì)；總線供電； 16路模擬輸入通道； 12位分辨率；采樣速率高達(dá) 150Ks/s； 8路 DI,8路 DO， 2路 AO和 1路 32位計(jì)數(shù)器；帶有接線端子；適合 DIN導(dǎo)軌安裝；鎖緊 USB電纜用于緊固式連接。 通過(guò)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型 1主軸電機(jī) 主軸電機(jī)采用 MRJ3系列進(jìn)給電機(jī)系列調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)。 MRJ3系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，是以變頻器為供電電源的變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，通過(guò)改變電源頻率實(shí)現(xiàn)平滑地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能和控制自動(dòng)化的目的。 MRJ3系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī) 是適用于由變頻器供電的變頻調(diào)速系統(tǒng)中運(yùn)行的專用異步電動(dòng)機(jī)，是全國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)新的專用系列產(chǎn)品，可與國(guó)內(nèi)、國(guó)外各種 SPWM變頻調(diào)速裝置配套，裝有的冷卻風(fēng)機(jī)是獨(dú)立的，這樣是為了保證電機(jī)的冷卻效果，因?yàn)闀?huì)有不同的轉(zhuǎn)速發(fā)出的熱量是不一樣的。該系列電機(jī)廣泛的應(yīng)用到了多個(gè)領(lǐng)域，比如機(jī)車、紡織、冶金、運(yùn)輸、化工、印染、礦山等行業(yè)及風(fēng)機(jī)、泵類的節(jié)能調(diào)速場(chǎng)合 [13]。 該電機(jī)具有節(jié)能，無(wú)極調(diào)速范圍寬，噪聲低，振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)以及低速恒轉(zhuǎn)矩輸出、高速恒功率輸出之機(jī)械特性，該系列電機(jī)安裝尺寸和功率等級(jí)完全符合 IEC標(biāo)準(zhǔn)，通用性和互換性較 好，外殼防護(hù)等級(jí)為 IP54，冷卻方式為 IC416，工作制為 SI，采用 F級(jí)絕緣，≤ 55kw為 Y接法，＞ 55kw為△接法。 2 伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器的選型 進(jìn)給電機(jī)采用三菱 HF系列伺服電機(jī)。三棱 HF系列伺服電機(jī)是一種特別緊湊型永磁同步電機(jī)，具有大功率高性能，內(nèi)有旋轉(zhuǎn)變壓器（ Resolver）用于速度和位置的監(jiān)測(cè)。 HF系列伺服電機(jī)沒(méi)有外部冷卻，通過(guò)點(diǎn)擊表面散熱。具有很高的負(fù)載特性。由控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)可知，進(jìn)給軸采用全閉環(huán)控制系統(tǒng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由減速機(jī)構(gòu)和滾珠絲杠副。 （ 1） 拖板伺服電機(jī) 主要技術(shù)參數(shù)選擇：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的 效率η 為 ，傳動(dòng)比 i為 6，絲杠螺距p為 5mm、直徑 30mm、質(zhì)量 50kg，小齒輪直徑 60mm（ ）、質(zhì)量 m1 為 5kg，大齒輪直徑 360mm()、質(zhì)量 m2