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      技術文章

      數控沖床送料機程序

      發布時間: 2018-01-19

          沖床除應用于機械器件的塑性成型外,還作為許多專用設備的本體和母機用于篩網、墊網、防護罩等的沖剪加工。沖床是屬于點位控制機床,在中間行程中不進行加工。由于一般加工產品單一,模具不經常進行更換,所以在傳統的沖床控制中一般采用繼電器控制,送料一般采用手工送料,此種方式存在效率低、速度慢、精度不能保證、安全存在隱患等方面的一系列問題。我國的鄉鎮企業和中小型民營企業,由于受資金管理等方面的限制,簡易式沖壓設備使用較多,其送料絕大多數是靠人工手動送料,缺乏保護裝置。隨著我國工業的發展和沖壓制件類型、工藝的復雜化以及人性化生產要求,手工送料的沖壓加工生產由于存在著效率、速度、精度、安全等方面的一系列問題,沖壓生產的手工送料已逐步出自動送料機構所取代,從而進一步滿足了沖壓生產自動化,提高生產速度和精度的要求。

      1  數控沖床送料系統的現狀

      1.1 現有送料系統的類型

        數控沖床送料系統屬于機電一體化產品,它包括機械部分、控制部分、動力源、檢測部分及執行元件?,F有的自動送料系統,根據控制系統的結構形式,按照控制器的不同,大致可以分成如下幾類:

        1)專用的數控系統。國外的有法那克、西門子等數控系統;國產的有武漢華中、廣州數控等。專用的數控系統具有控制精度高、編程能力強、系統可靠性高、待開發的功能多等優點,但對于沖床來說由于它是點位控制,控制相對簡單,如果選用造價昂貴的專用系統無疑是資源上的一種浪費,況且對于具有特定意義的送料裝置其控制不一定具有優勢。

        2)繼電器控制。繼電器邏輯控制的顯著特點是造價低廉,但它有明顯的不足之處,因為在現代化生產設備中,往往需要有大量開關量、數字器、脈沖量以及模擬量的控制裝置,例如電機的啟停、電磁閥的開閉、產品的計數等。此種控制方案其連線多而復雜、體積大、功耗大,一旦系統構成后,想再改變或增加功能都很困難,另外繼電器觸點數目有限.因此靈活性和擴展性都很差;其次在控制速度上,繼電控制邏輯依靠觸點的機械動作實現控制,工作頻率低,自然控制速度就很慢,而且機械觸點還會出現抖動現象,工作不穩定。

        3)單片機控制。單片機具有結構簡單、使用方便、價格便宜等優點,它更擅長于數據計算與數據處理,一般更廣泛地被應用于數據采集和中央控制室控制,完全由單片機控制。特別是運動控制臺也由單片機直接發送脈沖控制,這種方式下,單片機的負荷特別重,另外工業現場的電磁等于擾信號,會對單片機產生強烈的干擾,所以采用單片機贏接進入現場控制對其進行抗干擾處理也是不得不考慮的問題。

        4) PLC控制。這也是目前自動送料系統比較常用的一種控制方法,方案簡單,硬件可選范圍廣,軟件編程容易,調試一般也不會出現太大問題。但是這種方案也有一些無法避免的缺點,比如靈活性相對比較差,針對某個具體應用場合,很難選擇出一套完全與應用相吻合的系統,往往造成系統資源浪費,而且在某些特殊應用的情況下,有些技術細節難以實現。

      1.2執行元件

        現有的自動送料系統中比較普遍選用步進電機作為驅動執行組件。步進電機與驅動電路組成的開環數控系統,既簡單、廉價.又非??煽?。但是步進電機不能直接使用交流電源和直流電源,自身的噪聲和振動較大,帶慣性負載的能力較差,而且存在振蕩和失步現象,控制精度不高,如果控制不當容易產生共振,難以運轉到較高的轉速。

      2  改進后方案

        隨著我國沖壓行業的發展,沖壓設備性能與世界的接軌,沖壓生產自動化程度的進一步提高,對沖壓生產的送料技術也提出了越來越高的要求,以滿足與沖壓設備的配套。

      2.1嵌入式數控沖床送抖系統

        根據目前自動送料系統存在的一些不足,提出了一種基于ARM的嵌入式數控沖床送料系統。從大體上看,嵌入式計算機系統主要有以下優點:

        1)專用性。嵌入式系統通常是面向特定應用,因此嵌入式CPU大多供特定用戶群設計的系統中,通常具有低功耗、體積小、集成度高等特點。

        2)實時響應。按照嵌入式系統的定義,它用于某種技術過程的核心處理環節,滿足技術過程的時限要求,自然具有實時處理的特性。

        3)健壯可靠。嵌入式產品的使用人員多為非計算機專業人士,使用環境條件較為惡劣,其健壯性及可靠性是該類產品的必備條件。

      2.2伺服電機的選擇

        系統采用直線電機來驅動X、y軸進給。在機床進給系統中,采用直線電動機宜接驅動與原旋轉電動機傳動的最大區別是取消了從電動機到工作臺(拖板)之間的一切機械中間動環節,把機床進給傳動鏈的長度縮短為零(這種傳動方式被稱為“零傳動”)。這種“零傳動”方式,帶來了原旋轉電動機驅動方式無法達到的性能指標和優點

        1)高速響應。由于系統中直接取消了一些響應時間常數較大的機械傳動件(如絲杠等).使整個閉環控制系統動態響應性能大大提高,反應異常靈敏快捷。

        2)高精度。直線驅動系統取消了由于絲杠等機械機構產生的傳動間隙和誤差,減少了插補運動因傳動系統滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制,即可大大提高機床的定位精度。

        3)高傳動剛度。由于“直接驅動”避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環節的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現象,同時也提高了其傳動剛度。

        4)速度快、加減速過程短。直線電動機用在機床進給驅動中,要滿足其超高速切削豹最大進給速度(要求達60—100 m/min或更高)是沒有同題的。也由于上述“零傳動”的高速響應性,使其加、減速過程大大縮短,可以實現起動時瞬間達到高速,而且高速運行時又能瞬間停止??色@得較高的加速度,一般可達2一1Og。而滾珠絲杠傳動的最大加速度一般只有0.1一0. 5g。

        5)行程長度不受限制。在導軌上通過串聯直線電器機,就可以無限延長其行程長度。

        6)運動安靜、噪聲低。由于取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦,且導軌又可采用滾動導軌或磁墊懸浮導軌(無機械接觸).其運動時噪聲將大大降低。

        7)效率高。由于無中間傳動環節,消除了機械摩擦時的能量損耗,傳動效率大大提高。

      2.3系純硬件設計

        控制部分采用低成本、高性能、低功耗的微處理器S3C2410為核心控制器。它是一款32位RISC架構的低成本、高性能、低功耗徽處理器,主頻為200MHz,內含1個LCD控制器(支持STN和’rFT帶有觸摸屏的液晶顯示器)、SDRAM控制器、3個通道的ART、4個通道的DMA、4個具有PWM功能的計時器和1個內部時鐘、8通道的10位ADC、觸摸屏接口等。S3C24J O商集成度簡化了應用系統硬件設計,提高了應用系統可靠性和穩定性。操作部分以觸摸屏為操作單元,人機交互直觀方便、界面友好、操作簡單,實現送料自動、手動、啟動、停止等操作以及一些系統參數的設置。運動部分X、y軸均選用Kollmorgen公司DDL系列無鐵芯式的直線伺服電機,電機的定子采用U型結構,轉子采用無鐵芯式設計。直線電機結構簡單,工作安全可靠,同時省去了中間機械環節,定位精度比較高,位置檢測元件選用光柵尺,檢測精度較高。整個系統采用閉環控制,大大提高了系統精度。

      2.4系統軟件設計

        系統軟件主要包括上位機軟件和下位機軟件兩部分。上位機軟件主要負責NC代碼生成、翻譯以及與下位機和其它PC機通信;下位機軟件主要包括5大模塊:基本控制模塊、數據通信模塊、運動控制模塊、人機交互模塊及事務處理模塊”1。

        整個軟件系統中,下位機軟件為整個系統核心。我們選擇選用源碼公開、可移植性好、簡單易學的Linux實時操作系統作為軟件運行環境,由它來完成對5大任務模塊的管理調度,結合系統的硬件設備實現送料系統的各項功能?;究刂颇K管理系統的一些基本操作,包括設備驅動程序的管理、系統硬件初始化設置的管理等;數據通信模塊負責數據的接收以及適當的數據處理;運動控制模塊包括插補運算、電機的加減速控制與位置控制,是系統控制的核心;人機交互模塊包括液晶顯示和觸摸屏輸人等,本文界面設計使用基于Qt的嵌入式圖形庫開發工具Qt/Embedded.它是用戶應用程序和內核之間的一個圖形庫框架;為了保證系統的完整性,設置事務處理模塊來管理報警以及一些異常事務。

        5大模塊之間的通信與調度均在操作系統的管理下完成。系統中規定每個模塊為一個具體的任務,即通常所說的線程方式或進程方式。嵌入式操作系統的作用就是決定在特定的某一時刻系統應該運行哪一個進程。一般系統中的進程有3種狀態:運行狀態(Running)、就緒狀態(Ready)及等待狀態(Waitting),這些狀態之間的切換是通過操作系統提供的消息機制諸如郵箱、信號量、消息隊列等來完成,模塊之間并無其它耦合。如果系統功能需增減,只要在相應的任務中進行模塊的添加與刪除,便可實現系統多功能和多樣化,從而使系統具有開放性和可擴充性。



      文章標題:數控沖床送料機程序
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