【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 與外界的通訊，它主要通過(guò)50管腳的JMACH1端口與PMAC2APC/104通訊，PMAC2A—PC/104利用ACC1P+OPTACC2P+OPT3擴(kuò)展卡結(jié)合I/O操作指令來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)I/O卡的輸入輸出信號(hào)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，實(shí)現(xiàn)控制輸入和輸出狀態(tài)。滾刀鏟齒車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)控制面板中需要由I/O控制卡和I/O指令來(lái)控制的功能有：控制X軸手動(dòng)正向/負(fù)向進(jìn)給、Z軸手動(dòng)正向/負(fù)向進(jìn)給、A軸手動(dòng)正向/負(fù)向進(jìn)給、U軸手動(dòng)正向/負(fù)向進(jìn)給、W軸手動(dòng)正向/負(fù)向進(jìn)給、B軸手動(dòng)正向/負(fù)向進(jìn)給、C軸定速進(jìn)給、D軸定速進(jìn)給、急停、回機(jī)械原點(diǎn)、修整輪電主軸開(kāi)/關(guān)、磨輪電機(jī)開(kāi)/關(guān)、吸塵電機(jī)開(kāi)/關(guān)、潤(rùn)滑電機(jī)開(kāi)/關(guān)等。以下是該16路輸入接口和4路輸出接口的控制映射表：M8Y：$C0C0，8；X軸手動(dòng)正向進(jìn)給M9Y：$C0C0，9；X軸手動(dòng)負(fù)向進(jìn)給M10Y：$C0C0，10；Z軸手動(dòng)正向進(jìn)給M11Y：$C0C0，11；Z軸手動(dòng)負(fù)向進(jìn)給M12Y：$C0C0，12；A軸手動(dòng)正向進(jìn)給M13Y：$C0C0，13；A軸手動(dòng)負(fù)向進(jìn)給M14Y：$C0C0，14；U軸手動(dòng)正向進(jìn)給M15Y：$C0C0，15；U軸手動(dòng)負(fù)向進(jìn)給進(jìn)給M109Y：$C080，9；W軸手動(dòng)負(fù)向進(jìn)給M110Y：$C080，10；B軸手動(dòng)正向進(jìn)給M111Y：$C080，11；B軸手動(dòng)負(fù)向進(jìn)給M112Y：$C080，12；C軸定速進(jìn)給M113Y：$C080，13；D軸定速進(jìn)給M114Y：$C080，14；急停M115Y：$C080，15；回機(jī)械原點(diǎn)M0Y：$C0C0，0；修整輪電主軸開(kāi)/關(guān)M1Y：$C0C0，1；磨輪電機(jī)開(kāi)/關(guān)M2Y：$C0C0，2；吸塵電機(jī)開(kāi)/關(guān)M3Y：$C0C0，3；潤(rùn)滑電機(jī)開(kāi)/關(guān)④伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器的選擇伺服電機(jī)是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度的補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置，是可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)的電——機(jī)械轉(zhuǎn)換器，是在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的微特電機(jī)。伺服電機(jī)的功能是精確地控制自動(dòng)化控制系統(tǒng)中機(jī)械元件速度、扭矩，準(zhǔn)確地控制機(jī)械元件的位置。臺(tái)達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是當(dāng)前應(yīng)用廣泛的伺服單元之一，主要用于鋼鐵、機(jī)床、輕工、紡織、印刷、包裝等行業(yè)。臺(tái)達(dá)伺服電機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定、可控性好、響應(yīng)快速、靈敏度高以及機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的非線(xiàn)性度指標(biāo)嚴(yán)格(要求分別小于10％～15％和小于15％～25％)等特點(diǎn)。因此在該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中選用了臺(tái)達(dá)伺服電機(jī)作為系統(tǒng)各伺服軸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在計(jì)算出各部分轉(zhuǎn)矩之后，依據(jù)運(yùn)行矩頻特性選擇了電機(jī)規(guī)格。⑤檢測(cè)元件的選型1)檢測(cè)元件概述檢測(cè)裝置是數(shù)控機(jī)床閉環(huán)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)重要的組成部分之一。它的作用是檢測(cè)工作臺(tái)的位置和速度，發(fā)送反饋信號(hào)至數(shù)控裝置，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使工作臺(tái)按規(guī)定的路徑精確的移動(dòng)。閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的加工精度主要取決于檢測(cè)系統(tǒng)的精度。因此，研制和選用性能較優(yōu)的檢測(cè)裝置是數(shù)控機(jī)床加工精度的重要保證之一。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床上使用的檢測(cè)裝置應(yīng)該滿(mǎn)足以下要求：，滿(mǎn)足精度要求，工作可靠，能長(zhǎng)期保持精度；、精度和機(jī)床工作行程的要求；，抗干擾性強(qiáng)，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境的要求；、維修和安裝方便，成本低。數(shù)控機(jī)床檢測(cè)元件的種類(lèi)很多，若按被測(cè)量的幾何量分，有回轉(zhuǎn)型(測(cè)角位移)和直線(xiàn)型(測(cè)線(xiàn)位移)；若按檢測(cè)信號(hào)的類(lèi)型分，有數(shù)字式和模擬式；若按檢測(cè)量的基準(zhǔn)分，有增量式和絕對(duì)式。檢測(cè)元件的精度通常用分辨率和系統(tǒng)精度來(lái)表示。分辨率指測(cè)量元件所能正確檢測(cè)的最小數(shù)量單位，由傳感器本身的品質(zhì)所決定。系統(tǒng)精度指在測(cè)量范圍內(nèi)，傳感器輸出所代表的速度或位移的數(shù)值與實(shí)際的速度或位移的數(shù)值之間的最大誤差值。在選擇檢測(cè)元件時(shí)，要使所選檢測(cè)元件的分辨率和系統(tǒng)精度比要求保證的精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。但是精度越高的檢測(cè)元件，其價(jià)格相應(yīng)的也越昂貴。因此，在選擇檢測(cè)元件的時(shí)候，要考慮整個(gè)系統(tǒng)的精度要求，以免造成不必要的浪費(fèi)。2)檢測(cè)元件選型編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式檢測(cè)元件，通常裝在被檢測(cè)的軸上，隨被測(cè)軸一起旋轉(zhuǎn)，可將被測(cè)軸的角位移轉(zhuǎn)換成增量式脈沖或絕對(duì)式代碼的形式。根據(jù)輸出信號(hào)的方式不同，可分為絕對(duì)值式編碼器和脈沖增量式編碼器；根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式不同，可分為接觸式、光電式和電磁式三種。在數(shù)控機(jī)床上光電式編碼器應(yīng)用最為廣泛。光電式編碼器的工作原理是利用光電原理把機(jī)械角位移變成電信號(hào)。增量式光電編碼器可以進(jìn)行多周數(shù)據(jù)遞增或遞減計(jì)數(shù)，適合對(duì)速度、加速度、線(xiàn)位移量和角度量的測(cè)量。PMAC運(yùn)動(dòng)控制器可直接接收增量型編碼器的反饋，通過(guò)其驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)置的33譯碼選擇方式和方向譯碼后將反饋與給定的位置指令進(jìn)行比較，并將通過(guò)運(yùn)算得到的速度值與給定速度指令比較，分別對(duì)位置環(huán)和速度環(huán)進(jìn)行伺服控制。本數(shù)控滾刀鏟齒車(chē)床系統(tǒng)中X、Z、A、U、W、B和C方向選用的編碼器均為臺(tái)達(dá)伺服電機(jī)配套的電機(jī)編碼器，其自帶的13位增量式編碼器直接安裝在軸端。本系統(tǒng)采用的是半閉環(huán)控制，在導(dǎo)軌上沒(méi)有安裝光柵，絲杠、導(dǎo)軌等大部分機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)未包括在系統(tǒng)的閉環(huán)環(huán)路內(nèi)。表示編碼器分辨率的位數(shù)與編碼器信號(hào)輸出(A相、B相)的脈沖數(shù)并不相同，編碼器脈沖數(shù)4(倍增)之后才等于表示分辨率的位數(shù)。13位增量式編碼器為2500線(xiàn)，即一圈發(fā)出2500脈沖，采用X4正交譯碼CCW，在PMAC卡中做4倍頻譯碼。b．原點(diǎn)及限位檢測(cè)元件的選型機(jī)械原點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)得以準(zhǔn)確運(yùn)行的關(guān)鍵基準(zhǔn)點(diǎn)，如加工原點(diǎn)(即工件坐標(biāo)系原點(diǎn))就是以機(jī)械原點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)定的，如果該基準(zhǔn)點(diǎn)定位不準(zhǔn)將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的定位精度以及加工精度產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此需要對(duì)原點(diǎn)信號(hào)的檢測(cè)元件進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。歐姆龍傳感器具有體積小巧節(jié)省空間的特點(diǎn)，可內(nèi)藏于系統(tǒng)的相關(guān)部件中，不會(huì)與系統(tǒng)中的其他部件發(fā)生干涉而影響運(yùn)動(dòng)，并且它采用通用插件安裝，使得現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試更加簡(jiǎn)單方便，而且具有很好的抗干擾性，能抵抗變頻器等發(fā)出的干擾信號(hào)，因此在本系統(tǒng)中原點(diǎn)信號(hào)的檢測(cè)元件均采用的是歐姆龍傳感器。結(jié)合各軸實(shí)際情況，對(duì)于本系統(tǒng)中的直線(xiàn)軸X、Z、U和W選用的是歐姆龍接觸式直線(xiàn)位移傳感器ZXTDA11；而對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸A和B則選用的是歐姆龍光電傳感器E3ZD67作為原點(diǎn)傳感器。限位信號(hào)的檢測(cè)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的安全起著至關(guān)重要的作用，一方面可以保護(hù)滾珠絲桿螺母以免與軸承座發(fā)生碰撞；另一方面也可以防止?jié)L動(dòng)導(dǎo)軌滑塊發(fā)生滑落，因此需要在運(yùn)動(dòng)軸的兩端設(shè)置行程限位開(kāi)關(guān)作為限位檢測(cè)元件以獲取限位信號(hào)。當(dāng)限位檢測(cè)元件檢測(cè)到某軸運(yùn)動(dòng)到限位位置時(shí)將發(fā)出系統(tǒng)中斷信號(hào)，控制系統(tǒng)接收到該信號(hào)后馬上做出相應(yīng)處理(讓該軸立即制動(dòng))以保證系統(tǒng)中各部件不被損壞。同時(shí)考慮到各軸運(yùn)動(dòng)的速度可能比較快，就需要限位檢測(cè)元件具有高的靈敏性及很好的抗干擾性，本系統(tǒng)中選用歐姆龍接近光電傳感器EESX671作為最大行程位置檢測(cè)元件。⑥電主軸及變頻器的選型電主軸是“高頻主軸”(High Frequency Spindle)的簡(jiǎn)稱(chēng)，有時(shí)也稱(chēng)作“直接傳動(dòng)主軸”(Direct Drive Spindle)，是內(nèi)裝式電機(jī)主軸單元。它把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動(dòng)”，具有結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)械效率高、可獲得極高的回轉(zhuǎn)速度、回轉(zhuǎn)精度高、噪聲低、振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，因而在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中獲得了愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。出于D軸金剛石修整輪作業(yè)時(shí)須具備高旋轉(zhuǎn)線(xiàn)速度，并考慮到使結(jié)構(gòu)小型化、緊湊，減少振動(dòng)，提高砂輪的修整精度等技術(shù)要求，選用電主軸作為金剛石修整輪(D軸)動(dòng)力源，金剛石修整輪直接安裝在電主軸的軸端。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)查閱資料，選用JGD80/，最高轉(zhuǎn)速24000r/min，最高頻率400Hz。由于砂輪在線(xiàn)修整系統(tǒng)的金剛石修整輪是由電主軸驅(qū)動(dòng)的，因而電主軸的控制對(duì)于在線(xiàn)修整系統(tǒng)整機(jī)修整精度起著重要的作用。因變頻器不僅具有調(diào)速平滑、范圍大、效率高、啟動(dòng)電流小、運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)，而且節(jié)能效果明顯，故通過(guò)變頻器對(duì)電主軸實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。變頻器的容量及選型，大體上應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題：砂輪在線(xiàn)修整系統(tǒng)的金剛石修整輪的電主軸驅(qū)動(dòng)具有恒轉(zhuǎn)矩特性，變頻器的容量按運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的最大工作電流來(lái)選擇。由變頻器的額定值第五條中的過(guò)載能力可知，變頻器的過(guò)載能力通常為150%，這只是對(duì)于在電機(jī)的起動(dòng)或制動(dòng)過(guò)程中才有意義，不能夠作為變頻器選型的最大電流來(lái)考慮。因此，在選擇變頻器容量時(shí)，應(yīng)比變頻器說(shuō)明書(shū)的配用電機(jī)容量加大一檔至二檔，并應(yīng)具有無(wú)反饋矢量控制功能。使電機(jī)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，具有真正的恒轉(zhuǎn)矩，滿(mǎn)足負(fù)載特性要求。根據(jù)控制要求知，電主軸工作在高速狀態(tài)，低速時(shí)基本上對(duì)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速不要求可控性，通過(guò)變頻器的U/f控制就可以滿(mǎn)足控制要求，因此不必選用復(fù)雜的而又高成本的矢量控制?；谝陨峡紤]，本項(xiàng)目選用了安川VS616 G7系列的額定功率為750W的變頻器。⑦低壓直流電源低壓直流電源的作用主要是給PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡及各種低壓元器件(如行程開(kāi)關(guān)、原點(diǎn)開(kāi)關(guān))供電，因此需要選用性能可靠、功率輸出有保證的低壓直流電源。本系統(tǒng)中需要額定輸出電壓分別為5VDC和24VDC的低壓直流電源各一個(gè)。本系統(tǒng)是基于PMAC開(kāi)發(fā)的滾刀鏟齒車(chē)床數(shù)控化再制造專(zhuān)用數(shù)控系統(tǒng)，以PMAC為中心的PMAC與各轉(zhuǎn)接板互聯(lián)圖如圖32所示。圖32 PMAC與轉(zhuǎn)接板互聯(lián)圖系統(tǒng)電氣原理總圖如圖44所示，并依照此電氣原理總圖對(duì)系統(tǒng)的電控柜進(jìn)行設(shè)計(jì)。滾刀鏟齒車(chē)床數(shù)控化再制造系統(tǒng)的電控柜集強(qiáng)電控制和弱電控制一體，數(shù)控裝置安裝于柜內(nèi)。與普通機(jī)床的電控柜相比較，為了提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾性，避免各種低壓信號(hào)(原點(diǎn)、限位信號(hào))受到強(qiáng)電的干擾，要求各種檢測(cè)信號(hào)的輸入盡量用屏蔽線(xiàn)連接。根據(jù)系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)，電控柜里需要安裝的元器件主要有：工業(yè)控制機(jī)(IPC)、伺服運(yùn)動(dòng)控制器(PMAC2A—PC/104)及各轉(zhuǎn)接板、各軸伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器、空氣開(kāi)關(guān)、交流接觸器、直流開(kāi)關(guān)電源、隔離變壓器等。為了實(shí)現(xiàn)PMAC伺服運(yùn)動(dòng)控制器對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制功能，需要設(shè)計(jì)PMAC伺服運(yùn)動(dòng)控制器與伺服驅(qū)動(dòng)器以及伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)間的接線(xiàn)圖。圖35所示的是X軸伺服驅(qū)動(dòng)器與PMAC伺服運(yùn)動(dòng)控制器的接線(xiàn)圖，其它軸的伺服驅(qū)動(dòng)器與PMAC伺服運(yùn)動(dòng)控制器的連接與此類(lèi)似。伺服電機(jī)