穿孔机的自动位置控制系统
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FANUC 数控系统简介一、FANUC数控系统的发展1、FANUC 公司创建于1956年,1959年首先推出了电液步进电机,在后来的若干年中逐步发展并完善了以硬件为主的开环数控系统。
进入70年代,微电子技术、功率电子技术,尤其是计算技术得到了飞速发展,FANUC公司毅然舍弃了使其发家的电液步进电机数控产品,一方面从GETTES公司引进直流伺服电机制造技术。
1976年FANUC公司研制成功数控系统5,随时后又与SIEMENS公司联合研制了具有先进水平的数控系统7,从这时起,FANUC公司逐步发展成为世界上最大的专业数控系统生产厂家,产品日新月异,年年翻新。
2、1979年研制出数控系统6,它是具备一般功能和部分高级功能的中档CNC系统,6M适合于铣床和加工中心;6T适合于车床。
与过去机型比较,使用了大容量磁泡存储器,专用于大规模集成电路,元件总数减少了30%。
它还备有用户自己制作的特有变量型子程序的用户宏程序。
3、1980年在系统6的基础上同时向抵挡和高档两个方向发展,研制了系统3和系统9。
系统3是在系统6的基础上简化而形成的,体积小,成本低,容易组成机电一体化系统,适用于小型、廉价的机床。
系统9是在系统6的基础上强化而形成的具备有高级性能的可变软件型CNC系统。
通过变换软件可适应任何不同用途,尤其适合于加工复杂而昂贵的航空部件、要求高度可靠的多轴联动重型数控机床。
4、1984年FANUC公司又推出新型系列产品数控10系统、11系统和12系统。
该系列产品在硬件方面做了较大改进,凡是能够集成的都作成大规模集成电路,其中包含了8000个门电路的专用大规模集成电路芯片有3种,其引出脚竟多达179个,另外的专用大规模集成电路芯片有4种,厚膜电路芯片22种;还有32位的高速处理器、4兆比特的磁泡存储器等,元件数比前期同类产品又减少30%。
由于该系列采用了光导纤维技术,使过去在数控装置与机床以及控制面板之间的几百根电缆大幅度减少,提高了抗干扰性和可靠性。
参考资料:/%C5%C9%BF%CB652/blog/item/040742fc5ab3e50eb17e c577.html一、CNC系统的基本构成CNC系统是一种用计算机执行其存储器内的程序来实现部分或全部数控功能的数字控制系统。
由于采用了计算机,使许多过去难以实现的功能可以通过软件来实现,大大提高了CNC系统的性能和可靠性。
CNC系统的控制过程是根据输入的信息,进行数据处理、插补运算,获得理想的运动轨迹信息,然后输出到执行部件,加工出所需要的工件。
CNC系统由硬件和软件组成,软件和硬件各有不同的特点。
软件设计灵活,适应性强,但处理速度慢;硬件处理速度快,但成本高。
CNC的工作是在硬件的支持下,由软件来实现部分或大部分的数控功能。
二、CNC系统的硬件结构CNC系统的硬件结构可分为单微处理器结构和多微处理器结构两大类。
早期的CNC系统和现有的一些经济型CNC系统采用单微处理器结构。
随着CNC系统功能的增加,机床切削速度的提高,单微处理器结构已不能满足要求,因此许多CNC系统采用了多微处理器结构,以适应机床向高精度、高速度和智能化方向的发展,以及适应计算机网络化及形成FMS和CIMS的更高要求,使CNC系统向更高层次发展。
1.单微处理器结构图6-3CNC系统硬件的组成框图所谓单微处理器结构,即采用一个微处理器来集中控制,分时处理CNC系统的各个任务。
某些CNC系统虽然采用了两个以上的微处理器,但能够控制系统总线的只是其中的一个微处理器,它占有总线资源,其他微处理器作为专用的智能部件,不能控制系统总线,也不能访问存储器,是一种主从结构,故也被归入单微处理器结构中。
单微处理器结构的CNC系统由计算机部分(CPU及存储器)、位置控制部分、数据输入/输出等各种接口及外围设备组成。
CNC系统硬件的组成框图可参见图6-3。
(1)计算机部分计算机部分由微处理器CPU及存储器(EPROM、RAM)等组成。
微处理器执行系统程序,首先读取加工程序,对加工程序段进行译码、预处理计算等,然后根据处理后得到的指令,对该加工程序段进行实时插补和对机床进行位置伺服控制;它还将辅助动作指令通过可编程控制器(PLC)发给机床,同时接收由PLC返回的机床各部分信息并予以处理,以决定下一步的操作。
机电一体化技术在工程机械中的应用摘要:改革后,在我国科技水平不断进步下,推动了我国各领域的进步。
现阶段,被广泛应用到各领域。
机电一体化技术将电子技术以及机械技术互融,通过电子技术来推进机械设备运行,达到对人工的解放。
受到现代化信息技术、自动控制技术等先进技术的带动,机电一体化技术的使用更加趋向于绿色化、智能化以及模块化,已变成现阶段制造业领域、工业领域大力应用的系统性技术手段,通过与工程机械彼此结合,使我国现代机械工程行业的发展迈进全新时期,实现了成本资源的控制,促整体工作效率大大提高。
关键词:机电一体化技术;机械工程;应用引言现代化网络信息技术在社会生活、工作领域均得到了广泛应用,且为社会发展带来了极大影响。
而机电一体化系统也在这一背景下融合了大量新技术,获得了很多新成果,且在机械工程中得到了广泛应用。
以往的机械工程技术更多的是人工操作,操作时仍有着一定的安全隐患,但机电一体化系统的产生让传统机械电器的不足得到弥补。
《机械设计》是1971年日本出版的杂志,而在其副刊里“机电一体化”首次出现,并得到社会各界的关注,后逐渐被公众接受,又因科技的飞速进步,将机电一体化技术推向了全新发展高度。
现有的机电一体化技术为机械与微电子技术充分结合的一门技术,赋予了冰冷的机械化设备更多人性化特征,促进了智能化目标的实现。
在现代信息技术的使用下让机械工程自动化以及半自动化得以实现,促进了机械工程发展的全面改革,故而工业时代里深层次探究机电一体化技术在机械工程的应用很有必要。
1机械工程视角下机电一体化技术内容在机械工程设计构造过程中,利用机电一体化技术对系统各功能部件、模块进行优化整合,以加装电子化控制和管理软件的形式,推进实现系统各功能部件和模块统一化管控。
在进行机械化操作时,借助电子技术进行预操作功能设定,借助智能控制技术实现自动化操作和管理,从而实现机械工程设备自动化高效作业。
将微电子、通信、电力电工、机械、传感器以及信号变换等各类技术有机结合,生成多学科机电一体化技术,根据实际应用性质将其归属到机械工程类别。
前言毕业设计是学校对我们在大学中所学知识的一个检验,它几乎包含了我们学习的全部专业知识。
课程设计工作做的好坏,直接体现了个人现阶段实力的强弱,我们必须拿出百分之百的热情,用心搞好毕业设计。
随着科技的进步和生产的发展,机械产品和机械制造技术的内涵正在不断的发生变化。
在企业的生产第一线,从事机电产品设计、制造、质量、销售、服务、维修等技术和管理工作的人员,强调要有较宽的知识面和跨学科综合解决工程实际问题的能力。
因此,在高等教育的专业技术人才培养上,不仅要求他们学习和掌握计算机技术等多方面的新知识、新技术,而且对切削原理、切削机床和机械制造工艺等必备的理论和知识,要运用全新的观念,重新进行科学的优化组合,以形成新的课程体系与结构。
而随着机械技术、微电子技术的飞速发展与应用,机械技术与微电子技术的相互渗透,则标志着机电有机结合的机电一体化技术也在飞速发展。
机电有机结合的本质是从系统的观点出发,用机械技术与微机控制技术构造最佳的一体化系统,从而实现系统或产品的短小轻薄和智能化,达到节能省源,节省材料,多功能、高性能和高可靠性的目的。
机床技术是70年代发展起来的一种机床自动控制技术。
数控机床是典型的机电一体化产品,是高新技术的重要组成部分。
采用数空机床,提高机械工业的自动化生产水平和产品质量,是当前机械制造业技术改造的必由之路。
现代数控机床是柔性制造单元,柔性制造系统乃至计算机集成组成制造系统中不可缺少的基础设备。
目前被广泛应用的数控机床就是典型的机电结合。
数控,即数字控制(NumbericalControl,NC),在机床领域是指用数字华信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。
如果采用存储程序的专用计算机来实现部分或全部基本数控功能,则称为计算几数控(Computeized Numerical Control,CNC)。
数控机床即是采用了数控技术的机床,或者说是装备了数控系统的机床。
数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术产物,是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。
第一章1. 什么叫机床的数字控制?什么是数控机床?机床的数字控制原理是什么?答:数字控制是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程(如加工、测量、装配等)进行可编程控制的自动化方法。
数控机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。
是数控技术典型应用的例子。
数控机床在加工零件时,首先是根据零件加工图样进行工艺分析,确定加工方案、工艺参数和位移数据;其次是编制零件的数控加工程序,然后将数控程序输入到数控装置,再由数控装置控制机床主运动的变速、启停、进给运动方向、速度和位移的大小,以及其他诸如刀具选择交换、工件夹紧松开、路程和参数进行工作,从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。
2. 什么叫点位控制、直线控制和轮廓控制?答:点位控制是控制点到点的距离。
只是要求严格控制点到点之间的距离,而与所走的路径无关。
直线控制是不仅控制点到点的距离,还要控制这两点之间的移动速度和路线,使之沿坐标平行或成45°的方向运动。
也就是说同时控制的坐标只有一个。
轮廓加工控制是控制轮廓加工,实时控制位移和速度。
它的特点是能够对两个或两个以上的运动坐标的位移和速度同时进行连续地相关控制,使合成的平面或空间运动轨迹能满足轮廓曲线和曲面加工的要求。
控制过程中不仅对坐标的移动量进行控制,而且对各坐标的速度及它们之间比率都要行严格控制,以便加工出给定的轨迹。
3. 简述数控机床是如何分类的?答:按伺服系统的类型分:开环控制的数控机床、闭环控制的数控机床、半闭环控制的数控机床。
按工艺方法分:金属切削类数控机床、金属成型类及特种加工类数控机床。
按功能水平分:低档数控机床;中档数控机床;高档数控机床。
4.什么叫CNC?答:以计算机为核心的数控系统。
第二章1.数控程序和程序段的格式是什么?包括哪几类指令代码?答:从数控系统外部输入的,根据被加工零件的图纸及其技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息,按数控系统所规定的指令和格式编制并直接用于加工的程序,就是数控加工程序,简称为数控程序。
DNC的主要功能随着DNC系统的进展,DNC系统的功能在不断增加,主要功能有:(1)数控加工程序的下载与上载设计和采纳DNC系统的主要目的之一,是转变数控加工程序输入方式,直接通过计算机之间的通信功能,联机下载;同时,削减数控机床配备穿孔机等硬设备的费用,降低成本。
另外,下载到机床的加工程序有时在使用过程中需要作局部修改,这些经过修改的加工程序可以上载到DNC主机中。
(2)NC程序存储与管理NC程序的储存与管理是DNC系统的另一个重要功能。
零件程序管理系统要能满意下列一些要求:程序必需能送至闲置下来的机床去使用;允许加进新程序、删除旧程序、在有新要求提出时重新编辑老程序;要能进行后置处理,零件程序可以刀位数据文件存入,再由后置处理器转换为特定机床的加工程序;能完成数据处理和管理功能,诸如文件保密、程序显示、数据操作等。
(3)数据采集、处理和报告数据的采集、处理和报告的主要目的是对工厂的生产进行离线监控。
采集的数据包括加工工件计数、刀具使用、机床利用和另外一些衡量车间工作状态的参数。
DNC计算机处理这些数据,并准时向管理部门供应必要的信息。
近几年来,DNC的这个功能的范围被扩大了,它不仅从数控机床上采集数据,而且还可从车间范围内其它计算机或终端采集信息,进行车间或工段的生产预备、管理和掌握。
(4)依据生产作业方案自动安排NC程序及数据到相应的机床;(5)安排与传递刀具数据;(6)刀具、量具、夹具等工装预备信息,系统内工装的实时掌握;(7)根据工艺方案及生产作业方案,实现由多种数控机床组成的DNC 系统的物流实时掌握,以及工件的输送、贮存,同步加工和装配等活动的集成化生产管理。
目前多数DNC系统仅包括前四项功能,同时包括后三项功能的DNC 系统还不多见。
由于DNC系统的上述功能都是在DNC管理与掌握软件(包括DNC接口软件)支持下完成的,因此DNC系统的功能实际上也是DNC管理与掌握软件应具有的功能。
穿孔机的自动位置控制系统 周立求 (黄石高等专科学校,湖北黄石435003)
摘要:GEL7500系列位置控制器是一种功能很强,性能稳定,使用维护方便的位置控制设 备。介绍了该系列位置控制器的硬件结构和参数、程序的功能。以在顶杆小车位置控制中的 应用为例,分析其硬件构成和软件设计方法,对该系列位置控制器的一些特殊功能作了详 细说明。 关键词:定位系统;位置控制器;穿孔机;顶杆小车 中图分类号:TP278 文献标志码:B
1 引言 某大型特钢厂从德国引进的PIERCER锥形穿 孔机能将直径#D0 ̄210 mln的管坯高速穿成公差在 5%以内的荒管,其孔型由上辊、下辊、左导板、右导 板组成。穿管轧制前,顶杆小车必须向前运行到轧 制位精确定位(定位精度要求达到1 mm)。穿孔完 毕,顶杆小车应快速退回使顶杆从荒管中抽出。为 使管坯能顺利咬人,配有一台推料机。推料机在开 始穿轧时把管坯推人穿孔机,管坯咬人后,推料机 再退回原处。为满足推料机、上辊、下辊、左导板、右 导板、顶杆小车的调整和位置控制的需要,都配有 位置控制器。因实际生产中顶杆、接套、顶头的长度 各组都不可能完全一样,故为顶杆小车增加1台轴 向调整的位置控制器。穿孔机共选用7台Lenord+ Bauer公司生产的GEL7500系列位置控制器,以下介 绍在顶杆小车位置控制中的具体应用。 2位置控制器的构成和功能 GEL7500系列位置控制器外形150 mmx150 mmxl20 mln,面板上有3个液晶显示屏。显示屏A最 大,用于显示实际位置或长度;显示屏B最小,编程 或程序执行时用于显示程序号,设置参数时用于显 示参数号,位置控制器运行时显示启动、停止、复位 等状态;显示屏C旁边有一排发光二极管,根据发光 二极管的不同指示,可以显示程序的内容、错误信 息、数据的编写方式等。 收稿日期:2003-01-02;修订日期:2003-06-03 囵 GEL 7500系列位置控制器的结构灵活,根据不 同的功能要求,可选择相应的功能板插入框架内, 类似于微机中的PCI或ISA卡。选用了功能板,在位置 控制器的背面就会有以A—H,K—N编号的针式接 头或接线端子条。每个接头或端子条上连接线的数 目不等,部分接线端的用途和功能根据位置控制器 所设定的数据或所编的程序的不同而不同。有些端 子的功能还与位置控制器的型号有关,例如: GEL75l1型,B端子条的B6,B7,B8,B9分别表示向 后、向前、慢速、快速;GEL7541型,B6一B9则可按程 序的设置而有无输出。 GEL7500系列位置控制器可设置801 ̄908共108 个参数。实际使用中根据需要设置。 ̄n801,实际值 的处理,即对接收的两个相差90。的编码器脉冲信号 进行分频;802,放大系数;804 ̄807,基准值。具体由 N端子条的N6一N8的逻辑输入决定,其作用是在特 定的位置将位置控制器显示的实际值校准为基准 值;808,基准值的校准方式,即决定在什么情况下 进行基准值的校准;816,数据输入输出功能,由4个 两位数组成,分别对应确定接线端G,H,K,L的输入 输出数据;823 ̄836,901 ̄907,起动、加速、制动数 据,可以设置多种速度,定义不同的起动、加速、制 动曲线;840 ̄871,定义程序及执行方式。数据形式 为两个三位数后跟一个两位数,第一个三位数指示 程序的第一句,第二个三位数指示程序的最后一 句,后面的两位数表示程序的执行次数。
维普资讯 http://www.cqvip.com GEL7500系列位置控制器可以编制32个程序, 每个程序可由若干句组成,每个程序对应参数840~ 871指定。每句程序的内容包括给定位置值、一句执 行完位置控制器的状态、某些输出端子的功能和运 动速度(给定电压值)。 3在顶杆小车位置控制的应用 顶杆小车的位置控制使用2台GEL7500系列位 置控制器,GEL7541(称位置控制 器1)用于顶杆小车,GEL7511用于 轴向伸出量(称位置控制器2)。调 整时,位置控制器2将轴向伸出量 作为修正值送到位置控制器1。每 穿一根钢管,顶杆小车后退和前进 的距离都在12 m以上,速度很 快,最高可达4.5 m/s。为保证高速 一24 运行下的精确定位,采取了高速运 行、提前制动、低速定位和每次对 位置控制器1的实际值进行自动校 准等措施。GEL7500系列位置控制 器具有代表性,以下以顶杆小车的 位置控制为例,介绍GEL750o系列 位置控制器的设计、使用和维护。 3.1 硬件设计 编码器的脉冲信号由此输人。N10--N12是PLC输出 的控制信号,N10是启动信号,N11是停止信号,N12 是复位信号。位置控制器1的D1和D2是模拟输出信 号,作为直流传动系统的给定信号。N8和N7是运行 程序的选通信号,按N8和N7的不同组合,位置控制 器1执行不同的给定程序。M5一M7是自动标定信号, 它在顶杆小车回退过程中自动标定,以消除顶杆小 车在运行中产生的误差。
编码器 ll直流传动II PLC ll校准信号
A5 A6 A1 A2 N13 M4 M3 A4 A3 D1 D1K25 N7N8N1ONl1N12M5 M6 M7 GEL 75415Oo0 K13 K12 K7 l(2O K8 l(21 K5 K18 K6 K19 K3 K16 K4 K17 K1 K4 l(2 K15
L13 L25 L7 L2O L8 L21 L5 L18 L6 L19 I3 L16 L4 L17 L1 L14 L2 L15
顶杆小车的定位系统硬件部分主要是两台位置 控制器。位置控制器1是控制的中枢。位置控制器2根 据接套、顶杆和顶头的实际长度调整修正值,通过L 联接端子送到位置控制器1的K端子,修改存储在位 置控制器1中的位置给定值。在整过位置闭环控制 中,位置控制器1是中心控制部件,只要顶杆小车未 运行到给定位置,就向直流传动装置送模拟给定信 号,顶杆小车编码器的脉冲则作为位置控制器1的位 置反馈信号,根据位置控制器1的软件设计,能使小 车按起动、制动曲线运行,并能在给定位置准确停 车,等待下一个位置给定值的触发。PLC根据整个穿 孔设备的工作需要,确定何时向位置控制器1送出程 序选通信号。图1为两台位置控制器的接线图。位置 控制器2的L端子向位置控制器1输送102~10 的四位 BCD码的轴向伸出相量信号,XXX.X mnl的数值。位 置控制器1的K25端,接在N7端,即当N7为“1”时这种 位置给定修正值才有效。A1,A2和A5,A6是电路上彼 此独立的两路电源。M4,M3,A4,A3与编码器相联,
茸动 与披囊2∞3 l
编码器 l I PI 图1位置控制器1和位置控制器2接线图 图2是位置控制器1输出的开关量信号。当小车 运行的实际值达到给定值时,B10和B11接通。额定 值(位置给定和速度给定)程序的一句结束,B1和B4 接通。B6一B9是4种不同的机器功能,根据额定值程 序中机器功能的设计,在执行某一句时,对应的一 个或几个开关信号接通。D3和D6用作直流传动的释 放信号,与D1和D2配合使用。
图2位置控制器1输出的开关■信号 图3是位置控制器2输出的开关量信号。因其型 号不同,除B10和B11与位置控制器1相同外,其他端 子的功能明显不同,B6一B9用于控制伸出量交流电
固
维普资讯 http://www.cqvip.com 图3位置控制器2输出的开关量信号 机的向后、向前、慢速、快速运行。 3.2软件设计 3_2.1 系统参数设计 表1为两台位置控制器的主要系统参数。参数801 是实际值的处理。:4,相位相差90。的脉冲信号每个跳 变都计数,即计四次。=1,是每第四个跳变才计数一 次;参数802是放大倍数,等于期望的分辨率除以实际 分辨率;参数804-807是标定时所校正的值,N6 ̄N8全 部为“0”时,选择存贮单元804,N8=“1”时选择805, N7=“1”时选择806,N6=“1”选择807,不能有两个端子 同时为“1”;808是选择标定方式,前面的“1”表示可从 键盘上标定,中间的“1”表示顶杆小车向后运行时标 定,最后一位是选择标定信号的方式;参数815是选择 额定值的形式,位置控制器1设计等于“6”,表示顶杆 小车额定值的形式选择为:额定长度l机器功能l运行 速度(位置控制器2没有这种功能);819的最后一位等 于“4”,定义顶杆小车的加速曲线为线性,制动曲线为 平方根形;823~833是从左边运行的加速制动数据, 901 ̄907是从右边运行的加速制动数据,分别是电压 位置曲线上的电压、位置、误差和加速曲线上的加速 时间;参数840-871分别定义程序1—32。 3_2.2额定值的设计 表2是位置控制器1的额定值,位置控制器2无 相应的功能。程序2是以4.00 V的给定电压向后运行 到给定位置190 lnln,并在到达给定位置时,使图2中 的B5,B7接点接通。程序3是以4.00 V的给定速度运 行到12 415 lnln,并在到达给定位置时B5,B9接通, 显示到达轧制位,穿孔机进行穿管工作。 3.3运行故障分析 顶杆小车运行过程中多次出现运行不到轧制位 的现象,致使液压锁紧机构不能锁紧小车,影响了生 产。观察发现,位置控制器显示的实际值都等于给定 值,但小车运行的实际位置在最前面和最后面都向后 面作了相应的移动,而且每次故障都在操作工更换顶
固
表1 位置控制器的主要系统参数 代码 位置控制器l 位置控制器2 代码 位置控制器l 位置控制器2 801 4 l 828/9O6 4 6O0, 00 0 802 0.7ll 9 0.160 829 20 0 805 362 0 830 20 0 807 362 4 O95 83l 10 0 808 ll5 l0o 832 l0 0 809 l I 833 I.40/1.0o 0 8ll 3 3 834 0.50 0 814 l l 835 1.00 0 8l5 6 0 836 2.00 0 8l6 00.0o.10.0o 00.0o.0o.50 840 1.0o1.0l 1.0o1.0l 8l7 0.0_3.0 0.0.0.1 84l 2.0o2.0l 2.o02.0l 8l9 0.0.4 0 842 3.0o3.0l 3.0o3.0l 823/9Ol 0-30 l 88l 0 3aD6lO9l 824/9D2 0.70/l0.0 l 893 1.00 0 825/9O3 9.0D/l0.0 0 896 10.00 0 826 l8O/l 0 898 -50 -8388608 827舢 400/30 0 899 l270o 838踟