利用中達(dá)CNC數(shù)控系統(tǒng)強(qiáng)大的軸控功能和臺達(dá)伺服系統(tǒng)快速精準(zhǔn)的運(yùn)動響應(yīng)，使繞線機(jī)的工作效率得到了很大的提高。
本文主要介紹了數(shù)控定子繞線機(jī)功能的需求，以及系統(tǒng)操作界面和I/O的規(guī)劃。
一、前言
圖1 數(shù)控定子繞線機(jī)外觀目前繞線機(jī)的市場可謂龐大，品種繁多，有平行繞線機(jī)、環(huán)型繞線機(jī)、定轉(zhuǎn)子繞線機(jī)、紡織繞線機(jī)等。本文主要介紹的是利用中達(dá)CNC數(shù)控系統(tǒng)和伺服產(chǎn)品構(gòu)建出的設(shè)備：數(shù)控定子繞線機(jī)。他的最大特點(diǎn)是可以自動變換繞線方向，所繞的線圈整齊且圈數(shù)準(zhǔn)確。操作簡便，節(jié)省人工，提高產(chǎn)量，產(chǎn)品品質(zhì)好，其繞線、排線、停車、換槽，完全按程序自動執(zhí)行。排線寬幅可調(diào)，圈數(shù)準(zhǔn)確。生產(chǎn)速度快，并大量節(jié)省線材。下面概述如何利用中達(dá)的數(shù)控和臺達(dá)的伺服整合此方案。
二、技術(shù)和精度要求
客戶原用PLC+伺服控制整臺設(shè)備，因其加工出來的產(chǎn)品的合格率較低，且一些功能無法實(shí)現(xiàn)，滿足不了市場上需求，故提出開發(fā)數(shù)控定子繞線機(jī)，并且需要控制系統(tǒng)和伺服滿足如下條件：
1．伺服運(yùn)動軸
在機(jī)械上，需要三軸的控制坐標(biāo)系。其中，排線X軸采用伺服電機(jī)直接驅(qū)動螺距為4mm的滾珠絲杠，在連接工作臺做直線運(yùn)動；飛叉Y軸采用伺服電機(jī)驅(qū)動1：2的齒輪箱間接傳動，做360度的圓周運(yùn)動；分度Z軸采用伺服電機(jī)驅(qū)動1：9的齒輪箱間接傳動，做360度的圓周運(yùn)動。這3個軸要求能夠聯(lián)動。
此外，對于飛叉軸來說，由于在運(yùn)動過程中，機(jī)械負(fù)載慣量會因?yàn)槔@線的速度的不同而發(fā)生較大的變化，這就要求伺服系統(tǒng)具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、相應(yīng)性和對負(fù)載變化自適應(yīng)能力。
2．精度要求
機(jī)械回零精度：排線軸0.005mm 飛叉軸+/-1度 分度軸+/-1度
定位精度：0.02mm +/-1度
要求控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)能夠具有檢測反饋，來保證機(jī)械運(yùn)動精度。
3．CNC控制系統(tǒng)
因定子繞線機(jī)不僅講究繞的匝數(shù)要準(zhǔn)確，而且排線出來的密度要均勻，即最少需要兩軸之間做插補(bǔ)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動；畫面可以自由規(guī)劃；要給客戶方便傳輸加工程序，并且可以對NC程序編輯和存儲；控制系統(tǒng)要提供一個D/A口，實(shí)現(xiàn)恒張力控制功能。
另外，客戶希望數(shù)控系統(tǒng)再開放一個軸，以備后用。
三、方案可行性分析
通過對機(jī)械設(shè)計(jì)和控制技術(shù)的要求分析，確定采用一臺中達(dá)電通通用的四軸H4-4上位機(jī)控制系統(tǒng)+3套臺達(dá)B系列交流伺服ASD-B做下位機(jī)控制的控制架構(gòu)。
具體分析如下：
1．中達(dá)電通通用數(shù)控H4的主要特點(diǎn)：
（1）獨(dú)立的伺服接口，可以實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動。
（2）電壓命令型（V-Comnand）伺服接口，最小解析精度0.001mm，可配合光柵尺或旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)、半閉環(huán)控制，能夠滿足精度要求。
（3）最大響應(yīng)速度500KPPS編碼器反饋，能夠滿足快速定位的要求。
（4）控制器內(nèi)存512K的存儲空間，可存儲1000個NC加工程序，配合標(biāo)準(zhǔn)的CNC鍵盤可以輕松的編寫加工程序。
（5）通過CNC簡易I/O控制命令和內(nèi)制PLC開發(fā)，能夠靈活的實(shí)現(xiàn)輔助機(jī)能。
（6）內(nèi)置可編程PLC，標(biāo)準(zhǔn)配置為24INPUT/16OUTPUT，最大可以在增加32INPUT/32OUTPUT。
（7）2組D/A輸出，2組A/D輸入，完全可以滿足實(shí)現(xiàn)恒張力的控制要求。
通過比較分析，完全可以滿足做為上位機(jī)的控制要求。
2．臺達(dá)交流伺服系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：
（1）具有多種控制模式，可與上位控制器靈活配合，應(yīng)用廣泛。
（2）具有位置P-CURVE和速度S-CURVE功能。
（3）強(qiáng)健式的控制模式，在負(fù)載慣量大范圍的變化時，系統(tǒng)仍然可以保持優(yōu)異的性能。
（4）豐富的軟件功能，方便用戶調(diào)試。
通過比較分析，臺達(dá)交流伺服系統(tǒng)完全可以滿足做為下位機(jī)的控制要求。通過對機(jī)械結(jié)構(gòu)、負(fù)載慣量、輸出扭矩的分析計(jì)算，故選用：ASDB 400W*1顆、ASDB 750W*2顆做為下位控制器。
四、功能設(shè)計(jì)
1、系統(tǒng)架構(gòu)
圖2 系統(tǒng)架構(gòu)2、外觀和功能需求
繞線機(jī)具有尋原點(diǎn)、點(diǎn)動模式、單次模式、自動模式、編程模式、參數(shù)設(shè)定、測試輸出點(diǎn)功能等多項(xiàng)功能。
（1）系統(tǒng)操作界面規(guī)劃
操作界面主要分為以下幾個功能區(qū)塊：
開機(jī)畫面：
圖3 開機(jī)畫面系統(tǒng)在上電后，進(jìn)入此畫面。此時為待機(jī)狀態(tài)，畫面的最下一排是功能顯示區(qū)。
原點(diǎn)模式：
當(dāng)畫面在原點(diǎn)模式下，分別按下X、Y、Z功能鍵，在按下啟動鍵
可以順次執(zhí)行回原點(diǎn)；或者可以按下X&Y&Z功能鍵，在按下啟動鍵三軸同時回原點(diǎn)。
圖4 原點(diǎn)模式畫面手動模式：
到進(jìn)入手動模式后，可以分別按下X、Y、Z三軸按鍵，在按下 可以實(shí)現(xiàn)前后移動或正反轉(zhuǎn)。速度值的大小可以設(shè)定。
圖5 手動模式畫面自動模式：
在自動模式下，當(dāng)程式正在運(yùn)行時，可以觀察到目前的各軸的行進(jìn)情況，目前的加工程式號，參數(shù)組別號，當(dāng)前加工至第幾極，以及完成一個工件所需時間。并且可以根據(jù)自己的需要，可以實(shí)現(xiàn)程式暫停、單步執(zhí)行。
圖6 自動模式畫面報(bào)警畫面：
當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警故障出現(xiàn)時，系統(tǒng)會自動停止運(yùn)行，并且畫面會進(jìn)入到報(bào)警畫面，故障警號會反白顯示出來。只有當(dāng)把故障排除后，才可以執(zhí)行其他動作。
圖7 報(bào)警畫面設(shè)參數(shù)功能：
在此功能下，客戶會根據(jù)實(shí)際的工件需要設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，并且保存于當(dāng)前的參數(shù)組別下，共可以保存12個工件參數(shù)，有6頁畫面的參數(shù)可設(shè)。客戶也可以根據(jù)自己的需要，將參數(shù)讀出來。
圖8 參數(shù)設(shè)定畫面（2）重要功能的實(shí)現(xiàn)
急停：
當(dāng)設(shè)備在使用時，出現(xiàn)任何問題時，按下急停，即可阻止危險(xiǎn)動作的發(fā)生。松開急停后，系統(tǒng)會按規(guī)定的動作程序執(zhí)行歸位。以下為動作流程圖。
圖9 急停松開后動作流程圖程序見主控制程式。
讀、寫參數(shù)功能的實(shí)現(xiàn)：
客戶可根據(jù)實(shí)際工件規(guī)格要求設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，并將參數(shù)儲存于控制器中，目前開放了12個工件參數(shù)，同時方便客戶直接讀參數(shù)。程序見主控制程式。
極繞與層繞功能的實(shí)現(xiàn)：
不同的工件要求不同的繞制方式，目前有兩種：極繞和層繞。極繞根據(jù)每個極的總匝數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動排線，自動分層，直至繞制完成。層繞要求每個層的匝數(shù)可設(shè)，根據(jù)總匝數(shù)分成好多層，一般線徑較粗的用此方式加工。程序見主控制程式。
工件程式的編制：
由于每個工件的極數(shù)，繞制方式，以及每個汽缸的動作順序都有可能不一樣，所以要求可以用G代碼編寫出來，這樣從而可以節(jié)省不必要的環(huán)節(jié)，大量節(jié)約時間。工件程式的存儲個數(shù)可以達(dá)到900多個，完全可以滿足所有工件形式的加工。
圖10 主程序控制流程圖3、I/O點(diǎn)規(guī)劃及接線
圖11 輸入信號表格
圖12 輸出信號表格
圖13 伺服及其他電器接線圖五、結(jié)束語
圖14 加工成品圖該數(shù)控定子繞線機(jī)控制方案具有控制精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，用戶操作靈活的特點(diǎn)，為利用中達(dá)CNC系統(tǒng)和臺達(dá)伺服在繞線機(jī)行業(yè)上的典型案例。
利用中達(dá)電通開放式、全功能通用數(shù)控系統(tǒng)，配合臺達(dá)伺服系統(tǒng)優(yōu)異的性能，可以靈活地整合出專用的控制系統(tǒng)，提供更有價(jià)值的整合方案以滿足不同客戶與行業(yè)的特殊要求。
