摘 要: 本文主要介紹精密沖壓成型機的生產(chǎn)工藝,及通過臺達運動型控制器20PM電子凸輪功能配合臺達高性能ASD-A+伺服驅(qū)動器的實現(xiàn)方式。 關(guān)鍵詞: 精密沖壓成型機;20PM;多組電子凸輪;虛擬主軸;CAM曲線偏移;CAM曲線平滑 1、引言 一般普通沖壓成型機如:沖床,主要是通過馬達帶動飛輪,傳動至偏心曲軸,從而帶動沖壓模上下運動,完成工件沖壓過程。這種傳統(tǒng)的沖壓方式,上模隨模頭上下運動,下模固定,一套模具只能生產(chǎn)單一產(chǎn)品,噪音大,調(diào)模時間長,生產(chǎn)效率低;本章介紹精密沖壓成型機上模、母模、浮動、送料全部采用伺服驅(qū)動,整套模具都是活動的,通過各個活動模的位置關(guān)系同一套模具就可以生產(chǎn)不同規(guī)格的產(chǎn)品,設(shè)備調(diào)試時間短,生產(chǎn)工藝更加靈活,可以滿足客戶高精度、高效率沖壓精密工件的復(fù)雜要求。 臺達DVP-20PM00D是一款專用運動控制型PLC,其高速的運算處理能力和靈活的電子凸輪功能,可以很好地實現(xiàn)各活動模運動軌跡控制、邏輯動作控制、直線/圓弧插補控制等,解決了傳統(tǒng)沖壓成型機噪音大、產(chǎn)品單一、調(diào)機時間長、精度低等問題。 本文基于臺達20PM型號PLC產(chǎn)品配合臺達高性能ASD-A+伺服驅(qū)動器來實現(xiàn)精密沖壓成型機的控制,為業(yè)界起到重要的借鑒作用。 2、系統(tǒng)電氣配置
表1 系統(tǒng)電氣配置表 3 系統(tǒng)控制架構(gòu) 系統(tǒng)控制架構(gòu)如圖1所示。 圖1 系統(tǒng)控制架構(gòu)圖 4 系統(tǒng)功能實現(xiàn) 4.1 電子凸輪的實現(xiàn)方式 (1)X/Y/Z軸系統(tǒng)參數(shù)初始化 a)工作模式設(shè)定:單位、倍率、脈沖形式、原點回歸方式、坐標系,參數(shù)設(shè)置如表2所示。 X軸:D1816;Y軸:D1896;Z軸:D1976。 表2 X/Y/Z軸系統(tǒng)初始化參數(shù)設(shè)定表 b)參數(shù)設(shè)定:馬達運轉(zhuǎn)一圈脈沖數(shù)/移動距離、最高速度、激活速度、原點回歸速度、原點復(fù)位速度、單段速定位速度; X軸:D1818~D1832;Y軸:D1898~D1912;Z軸:D1976~D1992. (2)凸輪工作模式設(shè)定 X軸:D1847;Y軸:D1927;Z軸:D2007. 工作模式設(shè)置如表3所示。 表3 X/Y軸工作模式設(shè)定表 D1847/D1927/D2007的bit11=1,就開啟該軸為電子凸輪的從軸。同時也可以通過此功能設(shè)定Y/Z從軸是否參與電子凸輪運動。 (3)主軸來源 獲取主軸位置有多種方法:一是采用虛擬軸,計算簡單準確;二是從主軸編碼器或伺服脈沖獲取,將主軸編碼器信號進行處理;三是從測量編碼器獲取。獲得編碼器信號之后,將其換算成主軸位置;本案采用的虛擬主軸方式,通過20PM特有功能,無需配線即可方便實現(xiàn)多個電子凸輪從軸共享一個虛擬主軸。 本案采用虛擬主軸方式。虛軸訊號可以啟動M1909讓第一臺20PM的Y軸作為虛擬主軸,第一臺及后續(xù)20PM的X軸執(zhí)行電子凸輪從軸,M1910可以控制從軸是否追隨虛擬主軸。M1909和M1910的相關(guān)連線圖如圖2所示。 圖2 M1909和M1910的相關(guān)連線圖 多個20PM共享一個虛擬主軸處理方式,而且無需擔(dān)心虛擬主軸經(jīng)多個20PM后通訊延遲和信號衰減。 1#20PM M1909=1,M1910=0; 2#20PM M1909=0,M1910=1; 3#20PM M1909=0,M1910=1。 (4)電子凸輪嚙合 實際上是獲取主從軸之間的關(guān)系(稱之為cam table)。cam table有兩種方法表述:一是采用X、Y的點對點關(guān)系;二是采用兩者的函數(shù)關(guān)系。X-Y軸運轉(zhuǎn)命令設(shè)置如表4所示。 表4 X-Y軸運轉(zhuǎn)命令設(shè)置表 X軸運行命令D1846=H2000,電子凸輪嚙合模式激活。如果Y軸也為從軸D1927不需要單獨設(shè)定。 4.2 電子凸輪曲線生成 a)CAM Chart建立 CAM 曲線上主要分為4個部份分別為主從軸相對位置、主從軸相對速度、主從軸相對加速度、及最下方的數(shù)據(jù)設(shè)定。 前三部份用來顯示使用者所設(shè)定的CAM Data,其中橫軸的部份皆為主軸的位置,縱軸分別為從軸的位置,從軸跟主軸的速度比,從軸跟主軸的加速度比。在數(shù)據(jù)的輸入上 CAM Data 有兩種方法表述: 一是采用主從軸的函數(shù)關(guān)系;二是采用兩者的點對點關(guān)系。 此處采用第二種方式,配合臺達觸摸屏強大的配方功能實現(xiàn)主軸角度、從軸位置的靈活輸入、保存;上位機參數(shù)設(shè)置圖如圖3所示。 圖3 上位機參數(shù)設(shè)置圖 b)CAM data動態(tài)修改 DVP-PM透過 DTO/DFROM 二個指令動態(tài)修改 CAM Data ,使用者可以在程序中依照不同的條件動態(tài)修改 CAM Data 形成不同的凸輪曲線。CAM Data 是浮點數(shù)型態(tài),所以使用動態(tài)寫入的數(shù)據(jù)要先使用 DFLT 指令轉(zhuǎn)成二進制浮點數(shù)。 4.3 電子凸輪曲線偏移 CAM表生成后,主軸從軸位置關(guān)系就確定下來。根據(jù)工藝要求該電子凸輪起始點并非0點,需偏移到指定角度280度位置開始運行,此時各個從軸位置相距最遠;因此必須通過電子凸輪偏移功能,透過CAM Chart查詢到偏移角度所對應(yīng)各個從軸的位置量,并單段速定位,以確保凸輪嚙合時候各個從軸位于偏移位置點。相關(guān)梯形圖如圖4所示。 圖4 電子凸輪相關(guān)設(shè)置梯形圖 a) 電子凸輪曲線偏移功能 電子凸輪主軸偏移量:D1863..D1862;起始角度偏移標志:M1752。 b) 當(dāng)前位置寫入使能 如表5所示: 表5 當(dāng)前位置寫入使能表 c) 從軸位置同步更新 X軸:M1750;Y軸:M1830;Z軸:M1990 4.4 周期電子凸輪停止 周期式電子凸輪周期結(jié)束標志位M1813,通過該標志位可以計算電子凸輪周期只執(zhí)行的次數(shù)。其停止方式可以分成兩種: 電子凸輪主軸周期停止位置:D1819..D1818;電子凸輪周期停止標志:M1841 1) 暫停:直接停止主軸,但保持嚙合狀態(tài);主軸再運行時,各從軸從停止點繼續(xù)按CAM曲線方式運行。如圖5所示: 圖5 電子凸輪暫停梯形圖 2) 周期停止:可以根據(jù)要求指定主軸停止角度,當(dāng)檢測到周期停止信號時,主軸幷不立即停止,而是繼續(xù)運行到所設(shè)定主軸角度位置,同時各從軸也根據(jù)CAM曲線停止在該角度對應(yīng)位置,電子凸輪仍然保持嚙合。主軸再運行時,各從軸從停止點繼續(xù)按CAM曲線方式運行。如圖6所示: 圖6 電子凸輪周期停止梯形圖 4.5 電子凸輪曲線平滑 采用點對點方式生成CAMdata,由于設(shè)定點數(shù)的限制,CAM曲線相對比較粗糙,伺服馬達在運行的過程中會出現(xiàn)明顯的噪音,如果采用伺服P1-08參數(shù)限制,又會導(dǎo)致命令的延遲或變形,所以必須對CAM曲線進行細化(最大2048點),以保證速度曲線平滑。如圖7所示: 圖7 電子凸輪曲線平滑梯形圖 (1) B樣條曲線 如圖8所示: 圖8 B樣條曲線圖 平滑結(jié)果:速度、加速度平滑,但不經(jīng)過原始點,插入的點數(shù)和平滑系數(shù)再高也只能無限靠近原始點。 (2)C樣條曲線 如圖9所示: 圖9 C樣條曲線圖 平滑結(jié)果:速度、加速度平滑,也經(jīng)過原始點,但會出現(xiàn)沖現(xiàn)象; (4)CC樣條曲線 如圖10所示: 圖10 CC樣條曲線 平滑結(jié)果:速度、加速度平滑,也經(jīng)過原始點,無過沖現(xiàn)象; (5)擺線Cycloid 如圖11所示: 圖11 擺線Cycloid 曲線 平滑結(jié)果:速度、加速度平滑,也經(jīng)過原始點,無過沖現(xiàn)象;從軸以設(shè)定最大速度做區(qū)間定位。 5 結(jié)語 目前該設(shè)備已經(jīng)投入使用,生產(chǎn)效率及重復(fù)定位精度均滿足客戶要求,并已申請專利。臺達20PM運動型PLC靈活的電子凸輪功能:CAM曲線自動生成、動態(tài)修改、偏移、平滑等為精密成型機提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ),同時單個虛擬主軸多個從軸運動方式為多軸協(xié)調(diào)運動控制提供了新的解決方案?赏茝V應(yīng)用于機械手搬運填充、噴涂等多軸運動場合。 【參考文獻】 [1] 臺達全系列可編程序控制器 臺達內(nèi)部資料 2008 [2] 郭宗仁等. 可編程序控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù). 人民郵電出版社,2002 [3] 宋伯生.可編程序控制器.中國勞動出版社, 1993.