车削机床中的电子凸轮运动轨迹曲线控制分析_贺大康.pdf

Application 创新应用316 电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月一圈，滑块带动指针水平方向移动5mm距离。圆盘同心的方形，如图1所示，具体控制要求如下：（1）上电后滑块与圆盘均回到各自的原点处停止。（2）在触摸屏上输入方形的长和宽，单位为mm。（3）按下启动按钮，圆盘和指针均运行至两者配合的起始点，延时1s后，开始联动，指针终端始终沿着方形的边运行。（4）圆盘以触摸屏上的设置的速度运行，单位rad/s。（5）圆盘转动两圈后停止，同时指针也停止运动，延时1s后，各自回到原点。3 系统硬件设计模拟车削运动控制系统总体设计图如图2所示。其硬件系统接线图如图3所示。0 引言传统的机械凸轮一只凸轮只能实现一种特定的运动规律，输出缺乏柔性；凸轮部件制造困难，装配误差大，且不容易调整等缺点。电子凸轮具有灵活、改动运动轨迹容易方便只需更改加工轨迹，设定轨迹参数即可，不会产生新的成本。本文应用电子凸轮的工艺革新，设计出了一个基于电子凸轮的模拟机床车削装置。1 研究背景 模拟车削运动控制装置，主要采用电子凸轮来实现运动控制，其功能包括：点到点的位置控制以及速度控制。本装置电子凸轮运动控制系统，包含两个轴，即圆盘轴1（主动轴）和滚珠丝杆轴2（从动轴），它们按照一个给定的相对关系转动。即从动轴2（滚珠丝杆）的位置在机械上跟随一个主动轴1（圆盘上矩形）的旋转角度变化。2 模拟车削运动控制系统结构此装置系统由三个部分组成：分别是伺服系统，圆盘和丝杆模组。模拟车削的运动控制装置结构，如图1所示。圆盘和丝杆模组分别有一套伺服系统控制，滚珠丝杆的丝距为5mm，即伺服电动机旋转基金项目：江苏省电子信息职业教育研究课题（JSDX2021-20）。作者简介：贺大康，江苏联合职业技术学院南京工程分院，讲师；研究方向：智能控制技术。收稿日期：2022-08-23；修回日期：2023-05-12。摘要：阐述一种模拟车削运动的教学装置设计，程序流程图及硬件系统接线图。实验结果表明,该电子凸轮装置实现伺服电机的模拟车削运动，具有更高的加工精度、灵活性，能大幅度提高生产效率。关键词：电子凸轮，伺服驱动，运动控制。中图分类号：TB486文章编号：1000-0755(2023)05-0316-03文献引用格式：贺大康.车削机床中的电子凸轮运动轨迹曲线控制分析J.电子技术,2023,52(05):316-318.车削机床中的电子凸轮运动轨迹曲线控制分析贺大康（江苏联合职业技术学院 南京工程分院，江苏 211135）Abstract This paper describes the design of a teaching device simulating turning movement,program flow chart and hardware system wiring diagram.The experimental results show that the electronic cam device realizes the simulation turning movement of the servo motor,has higher machining accuracy,flexibility,and can greatly improve the production efficiency.Index Terms electronic cam,servo drive,motion control.Analysis of Control of Electronic Cam Motion Track Curve in Turning Machine ToolsHE Dakang(Nanjing Engineering Branch of Jiangsu United Vocational and Technical College,Jiangsu 211135,China.)图1 模拟车削控制装置结构图Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月 317信捷PLC-XDC60C4_E的输入输出端口分配表，如表1所示，材料清单如表2所示。4 系统软件设计模拟机械凸轮运动的电子凸轮曲线，通过位置传感器，例如编码器，将电动机主轴的位置信号，反馈给CPU模块。CPU将接触到的位置信号，进行运算处理，并输出到伺服驱动器内。从而驱动伺服电机及其连带的机构，例如从动件。进行周期性运动，达到和机械凸轮相同的运动目的。系统软件主要包括程序流程图、软件编写的 PLC控制程序、C语言模块进行函数计算等。本系统中电子凸轮运动控制系统性能优点：（1）速度平稳：通过优化的三角函数曲线使排盘过程更加平滑，机械振动小。（2）位置精准：选用信捷DS3E伺服，响应更快，定位更准。（3）操作便捷：报警显示直观，参数修改、数据监控操作便捷。（4）进行梯形图编程时，使用信捷PLC中支持的C语言模块进行函数计算，可以避免程序冗长，扫描周期过长的问题。（5）使用PLC输出的24V直流电可以降低系统整体干扰，减小误差的同时提升整个设备系统的稳定性。4.1 C语言建立函数模型使用C语言模块来进行函数模型计算，其过程如下：（1）原点位置，即为光电开关检测到原点信号的位置,坐标为O点（0,0）；（2）对刀点的设置为矩形的中心点为C点（即对角线的交点），经过测量从原点到矩形中心点的脉冲数为92 757个脉冲信号。（3）从原点到对刀点的距离范围092 757，可以列出一般矩形方程式。（4）以矩形中式标准名片尺寸为例：长为90mm，宽为54mm的中式矩形标准名片，其对角线的一半为52.53mm，在矩形中，对角线的交点和圆盘的圆心重合。实际测量原点O图2 控制系统总体设计示意图图3 控制系统接线图表1 输入输出端口分配表表2 材料清单Application 创新应用318 电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月点（0,0）到名片矩形顶点A处，有40 959个脉冲信号。假设任意矩形的对角线的一半为CB，CA为名片矩形对角线的一半，运动控制轨迹如图4所示。建立数学模型为一元一次方程关系式，即CA距离（mm）/CA脉冲数（个）=CB距离（mm）/CB脉冲数（个）52.53mm/(92 757-40 959)个=X（mm）/Y（个）即：Y=X51 798/52.53（个）脉冲。计算对刀完成时DRVA指令需要使工作台前往的坐标。图中CB脉冲数Y，函数C语言程序:应变量Y对应函数体中的f，变量X对应函数体中的e。void DUIDAO(WORD W,BIT B)float a,b,c,d,e,f;a=FW604;/任意矩形的长，由触摸屏输入，读取数据寄存器D604。b=FW606;/任意矩形的宽，由触摸屏输入，数据寄存器D606。c=powf(a/2,2.0);/长的一半的平方。d=powf(b/2,2.0);/宽的一半的平方。e=sqrtf(c+d);/勾股定理，求出任意矩形的对角线的一半（即线段CB的长度）。f=e*51798/52.53;/线段CB对应的脉冲个数。DW610=f;/得到的对刀脉冲数存放在双字数据寄存器D610里面，梯形图程序D610中脉冲数据，供给丝杆伺服驱动器调用。4.2 控制系统流程图设计图5为控制系统流程图，图6为实物图。5 结语本文设计了一种使用电子凸轮控制的车削装置，能有效解决机械凸轮磨损大，定位精度不高，凸轮部件制造困难，装配误差大，且不容易调整和一个凸轮只能实现一种特定的运动规律，输出缺乏柔性等局限性。并且我们通过设定一些轨迹参数，搭建了一个小型的原型系统来测试了所开发装置的灵活性、有效性，高效性。方便地通过改变运动参数来实现不同运动传动曲线，从而大大降低企业车削设备零部件频繁更换成本，企业生产效益得到了有效的提高。参考文献1 DS3、DS3E、DS3L系列伺服驱动器用户手册M.江苏:无锡信捷电气股份有限公司，2020.2 CAM系列PLC电子凸轮指令用户手册M.江苏:无锡信捷电气股份有限公司，2018.3 XD/XL系列PLC用户手册（定位控制篇）M.江苏:无锡信捷电气股份有限公司，2021.4 触摸屏TouchWin编辑软件用户手册M.江苏:无锡信捷电气股份有限公司，2022.5 卫光,郭坤.三伺服枕式包装机电子凸轮控制系统的研究与应用J.包装与食品机械,2012,30(06):57-59.图6 实物图图4 运动控制轨迹示意图图5 控制系统流程图