热门关键词:
位置:首页 > 机械学术资料 > 

珩磨机控制系统设计与实现

  • 该文件为pdf格式
  • 文件大小:562.28KB
  • 浏览次数
  • 发布时间:2014-11-26
文件介绍:

本资料包含pdf文件1个,下载需要1积分

珩磨是-种摩擦切削工艺。珩磨机 是通过对珩磨头的伸缩控制完成对工件表面的加工,实现对工件尺寸、圆整度、直线度和表面粗糙度的要求。现主要用在汽车工业、工程机械和航空工业等制造业中珩磨工件内孑L。通过介绍分析珩磨机加工原理和控制要求结合现代数字控制技术提出基于 Cortex-收稿 日期 :2012-11-12《机械与电子22013(3)M4架构的 STM32嵌入式方案取代了传统的工控机和 PLC方案,有效控制了成本,简化了设计,提高了系统稳定性。

1 加工原理及控制要 求珩磨口 是利用安装于珩磨头圆周上的-条或多条油石 ,由涨开机构 (有旋转式和推进式两种)将油石沿径向涨开,使其压向工件孔壁,以便产生-定的面接触,同时使珩磨头旋转和往复运动,零件不动;或珩磨头只作旋转运动,工件往复运动,从而实现珩磨 。

珩磨 头进 给方式主要分为定量进 给和定压进给。定量进给珩磨时,进给机构以恒定的速度扩张进给,使磨粒强制性地切人工件 。当油石产生堵塞切削力下降时,进给量大于实际磨削量,此时珩磨压力增高,从而使磨粒脱落、破碎,切削作用增强。定压进给时,由于工件表面凹凸不平,需要实时调整珩磨头的进刀量,以保证工件承受恒定的磨削力。

珩磨时由于珩磨头旋转并往复运动或珩磨头旋转工件往复运动,使加工面形成交叉螺旋线切削轨迹,两次行程间珩磨头相对工件在周向错开-定角度 ,这样 的运动使珩磨头上的每-个磨粒在孔壁上的运动轨迹亦不会重复。此外 ,珩磨头每转-转 ,油石与前-转的切削轨迹在轴 向上有-段重叠长度 ,使前后磨削轨迹的衔接更平滑均匀。

珩磨工艺属于高尺寸精度、高形状精度和高表面质量要求的切削加工工艺,需要在加工中满足以下控制要求l3]。

a.选择手动加工可以进行主轴旋转、进给点动、往复点动和往复循环等独立运动。

b.自动加工根据输入的加工参数和控制指令,完成自动加工循环并动态显示加工状态和加工数据· 35 ·曲线 。

C.自动加工 中长行程进 给加 工,短行程消除形状误差,可以在每个循环周期中记录出现最大力矩的位置,并自动在最大力矩处短行程修复,以满足零件加工形状精度要求。

d.系统出现故障时,实时报警并显示故障原因;当出现危险动作时(例如手伸到加工工作台),机床应立即停止工作,并报警。

2 控 制 系统硬件设 计珩磨机控制系统的硬件由主控制器、信号采集板、GPRS远程控制拈、触摸显示器、交流伺服驱动器、交流变频器和交流电机组成。珩磨机控制系统硬件结构框图如图 1所示。

匿 网 网 --] l Ethernet AD RS232 频器n AI兰 STM3:2 F4,.4I鲎坌皇 l 堡墨皇 l 堕 l堡 1图 1 珩磨机控制系统硬件结构2.1 基于 STM32F407的主控制器ST公司的 STM32 F4L4 系列是高性能的基于ARM Cortex-M4的 32位微控制器,工作频率高达 168MHz。Cortex-M4具有浮点单元(FPU),支持所有的ARM 单精度数据处理指令和数据类型,具有DSP处理指令和自适应的实时加速器(ART)。

STM32F407改进了-些外设,如全双工 I2S、小于 1A 的 RTC以及 2.44 MHz/s采样率 的 ADC,STM32F407的通信接 口高达 15个。STM32F4O7还包含 512 kB~1 MB的片内内存存储器,多达192KB的 SRAM。珩磨机控制 系统采用 STM32F407作为主控芯片。

2.2 基于sTM32的数据采集板数据 采 集 板 是 采 用 Cortex-M3架 构 的stm32f103芯片嘲开发用于采集力矩传感器的模拟信号和开关信号,将采集的信号滤波后通过工业CAN总线传到主控制器。2路 0~10 V和 1路 4~20 mA模拟量(12位)输入,采样频率为 100 kHz,8路光隔输入(024 V,20 kHz),1路 CAN总线,波特率为 1 M。

· 36 ·2.3 GPRS远程控制拈GPRS通讯拈用于远程监测和远程控制,将绗磨机系统的危险错误信号传递给系统维护人员,以便系统故障得到较快较好的排查。GPRS通信模块通过串口与 STM32F407主控制器通信。

3 系统程序设计3.1 基于 CANopen工业总线通讯控制网络CANopen是控制器局域网络 (controler areanetwork)的简称,它是-种串行多主站控制器局域网总线,具有很高的网络安全性、通讯可靠性和实时性,简单实用,网络成本低。特别适用于机械加工控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。珩磨机控制系统采用施耐德 LXM23驱动器 ,通过 CAN接 口,将进给 电机和往复 电机 串到-条总线上,通过 ID号访问和控制电机的状态和位置 。

采用 CANopen协议l6 的控制伺服驱动器,是通过 PDO和 SDO这两种方法来实现的,SDO用来在设备之间传输大的低优先级数据,用来设置CANopen网络上的设备参数。PDO用来传输 8字节,可以利用对象字典进行映射~电机的理论位置映射到 PDO,通过发 PDO改变电机 的理论位置进而控制进给量和往复位置,同时利用主控制器的CAN中断接收PDO获取电机的实际位置。CANo-pen通讯控制工作流程如图 2所示。

塑 苎皇l 将位置指令映 射到RPDO,将实际] 位置和电机状态 映射到TPDO,并 I电i 设置TPDO返回周期n f匦 -CANopen图 2 CANopen工作 流程3.2 定压-定量进给控制与往复运动控制方法开始时以定压进给珩磨,当油石进入堵塞切削阶段时,转换为定量进给珩磨,以提高效率。最后可用不进给珩磨,提高孔的精度和表面粗糙度。

进给珩磨机定压控制是通过测试主轴电机的转动扭矩来实现,通过实时调整进给电机收缩涨紧状态,来保证工件内壁承受固定的压力。主轴电机力矩作为进给电机位置反馈来调整进给电机位置环。

采用力矩传感器实时测量主轴力矩,考虑到模拟量受实际工况的干扰波动和实际采集数据的延迟,进《机械与 电子 2013(3)加数NAC给珩磨机定压控制设置了-段死区,力矩在设定值左右-定范围内波动不改变进给电机的进给量。

往复电机以工件两端的位置作为运动范围往复运动,其运动性能对实际珩磨效果有很大的影响。

以下采用两种往复运动算法,并结合实际运动效果进行对比。

3.2.1 直线加减速方法直线加减速方法 ,如图 3所示 -始时速度以固定加速度加速,速度达到加工速度后 ,进入匀速运行状态,当运动到减速点时开始减速,速度减到零时到达目标点。直线加减速的优点是计算简单,因为它采用恒加速度,加速度的导数为 0。在加速段和减速段的起点和终点存在加速度突变,机床运动存在冲击,且速度的过渡不够平滑、,运动精度低。

图 3 直线加 减速方法3.2.2 S形加减速控制方法为了保证加工网纹均匀,速度和加速度均不能有突变,采用 s形加减速控制,如图 4所示,往复运动两端采用 S形位置控制,中间是匀速运动。从上图可以看出,加速度是分段函数,但在相邻区间是连续的,即不存在跳变,有效地克服了机床的振动。

ts图 4 S形加减速控制方法自动加工中,可通过小冲程消除形状误差,可在每个循环周期中记录出现最大力矩的位置,并 自动在最大力矩处短行程修复,以满足零件加工形状精度要求;小冲程指令处是力矩值大点,系统自动记住该点位置,在下个周期会在此点附近短行程修复。

3.3 触控屏界面功能设计人机界面用于系统操控和系统数据显示,将参《机械与电子》2O13(3)数和命令通过工业以太网传给主控制器,同时实时显示系统动态数据及曲线。触屏显示器采用触摸虚拟按键同时在显示器面板上配备总电源开关和急停按钮。人机界面包括加工负载率曲线、数据显示及开关控制、报警状态监视、电机手动控制和参数配置几个部分。如图 5所示。

插 T 矗皇曲 撞 #棒蚺图 5 触摸屏人机界 面a.加工负载率曲线。X轴为往复电机实时位置,y轴是进给电机的负载率,往复运动每个周期实时显示电机负载率最大的点的位置。

b.数据显示及开关控制。左边是实时显示系统动态数据 ,右边是虚拟滑动开关 。托架 、冷却泵、锁紧装置等都可以随加工过程联动,不需要人为干预,在特殊情况下用于强制动作,锁紧装置在平台到位时自动锁紧,加工结束后托架 自动伸出,泵自动停止。系统工作用于启动主轴电机使能,加工过程中电机均自动工作。

c.报警状态。实时监测系统状态,红灯表示报警 ,绿灯表示安全。

d.电机手动控制∝制系统的各电机均可以通过虚拟按钮手动控制 ,且均为点动式松开按钮电机立即停止,保证操作安全。

e.加工参数配置。加工参数设置分为 4步:设置起始点、设置结束点、参数配置和电机回零,可以根据中间 4个状态灯的提示依次来操作。在自动配置栏可以实现手动修复及 自动修复功能,用于修复缸壁高点,通过虚拟按钮在任意点的周围按照设定幅度修复,自动修复由系统自动识别缸壁最高点,在最高点周围按照设定幅值修复,使加工过程更加智能化。

正在加载...请等待或刷新页面...
发表评论
验证码 验证码加载失败