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如何用ＩＰＣ 來設(shè)計(jì)龍門鉆床數(shù)控系統(tǒng)
閱讀：147 發(fā)布時間：2020-8-10０ 引 言
隨著熱能工程、化工等行業(yè)的發(fā)展，管板類零件的 加工越來越多。如武漢某化工企業(yè)，因生產(chǎn)需要，需在 煉油裝置區(qū)內(nèi)安裝不同規(guī)格的換熱器。換熱器一般由 管束、管板、換熱管等組成。為了使換熱管能順利地插入管板，要求管板上的每個孔均有一定的加工精度，孔間位置誤差要求控制在０．０５ ｍｍ 以內(nèi)。傳統(tǒng)的加工方式是在管板上人工劃線，而后在龍門鉆床上鉆孔。這種方法工作強(qiáng)度大，經(jīng)常由于加工精度不高，導(dǎo)致?lián)Q 熱管插不進(jìn)管板，造成工件重新加工，甚至報廢。因此
設(shè)計(jì)一種高精度的數(shù)控龍門鉆控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工對提高生產(chǎn)效率、降低勞動強(qiáng)度具有積極的意義。
１ 龍門鉆床數(shù)控系統(tǒng)硬件整體設(shè)計(jì)
結(jié)合當(dāng)前開放式數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)及龍門鉆床的發(fā)展趨勢［１］，采用 ＮＣ 嵌入 ＰＣ 的技術(shù)模式，在工控機(jī)（ＩＰＣ）基礎(chǔ)上，以 ＭＰＣ０８Ｅ 運(yùn)動控制卡作為數(shù)控系統(tǒng)的控制信號核心，構(gòu)成主、從式雙微處理器結(jié)構(gòu)的龍門鉆床控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖１ 所示， 主要包括 ＭＰＣ０８運(yùn)動控制卡、ＩＰＣ 和驅(qū)動系統(tǒng)等。
所設(shè)計(jì)的數(shù)控鉆床系統(tǒng)共有 Ｃ、Ｘ、Ｙ、Ｚ 四個軸， 其中 Ｘ、Ｙ 軸控制平面兩個方向的定位，Ｚ 軸控制鉆頭的進(jìn) 給 量，Ｘ、Ｙ、Ｚ 可 直 線 聯(lián) 動。 主 軸 Ｃ 是 利 用ＭＰＣ０８的通用Ｉ／Ｏ 與變頻器進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對主軸高轉(zhuǎn)速的控制。系統(tǒng)工作時，根據(jù)孔坐標(biāo)在工件上的位置、加工孔的深度、孔半徑等參數(shù)，編制工件的指令集文件，系統(tǒng)根據(jù)指令集文件自動完成加工。
工控機(jī)ＩＰＣ－８１０是整個系統(tǒng)的用戶交互及管理核心，負(fù)責(zé) ＧＵＩ操作、發(fā)送控制指令、任務(wù)調(diào)度管理、參數(shù)輸入等。ＭＰＣ０８作為系統(tǒng)運(yùn)動控制的內(nèi)核，安裝在ＩＰＣ－８１０的ＰＣＩ插槽中。ＭＰＣ０８ 的指令系統(tǒng)可滿足龍門鉆床鉆削加工的高速度、定位準(zhǔn)的點(diǎn)位運(yùn)動要求。
此外，ＭＰＣ０８ 提 供 的 Ｉ／Ｏ 口 用 于 反 饋 系 統(tǒng)，實(shí) 現(xiàn)ＭＰＣ０８ 與 機(jī) 床 輸入和 輸出通道的連接 與 控 制；ＭＰＣ０８發(fā)送脈沖信號及方向信號到伺服、步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)單元即可實(shí)現(xiàn)所需要的運(yùn)動［２］。
２ 各軸切削進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)
數(shù)控龍門鉆床系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了的半閉環(huán)、開環(huán)混合伺服系統(tǒng)方案，保證了數(shù)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高 速、高精度鉆削加工方式。
步進(jìn)電機(jī)采用開環(huán)控制，使用 ＤＳＳＨ－５ 型驅(qū)動板驅(qū)動。ＤＳＳＨ－５驅(qū)動板是由中地數(shù)控公司開發(fā)的一款步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動板卡，在數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造過程中得到大量應(yīng)用，板卡工作穩(wěn)定，性能優(yōu)良，特別是使用該板卡后，電機(jī)的矩頻特性得到極大改善，低頻段可輸出較大力矩，同時可保證在５ｋＨｚ～６ｋＨｚ高頻下穩(wěn)定工作。系統(tǒng)中應(yīng)用 ＤＳＳＨ－５ 驅(qū)動板，使電路結(jié)構(gòu)更加簡單，系統(tǒng)的可靠性大大提高。
伺服驅(qū)動選用 ＥＰ１００系列，ＥＰ１００ 采用成熟的數(shù)字控制，低速性能好，動態(tài)響應(yīng)快，并擴(kuò)展了多種數(shù)字量和模擬量接口，與各種板卡互聯(lián)方便。本系統(tǒng)選用松下永磁同步交流伺服電機(jī)，伺服電機(jī)由光電編碼器進(jìn)行速度反饋，實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)控制，如圖２所示。