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控制系统!数控车床伺服进给系统精度

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(江苏省徐州技师学院,江苏徐州221000)

[摘 要]伺服电机精密定位系统是由控制系统与差动轮系统进行组合而成的一种变速传动系统.通过伺服电机内部设置传输参数,可以实现准确的速度和增大调速范围,还能够增加伺服电机的承载能力.所以,伺服电机精密定位系统在一定程度上有着较为广阔的应用前景.通过对伺服电机精密定位系统的运动学进行分析与研究,推导出了不同组合类型装置的传动比、调速范围等运动学关系式;详细分析了装置内功率流流向、是否存在封闭循环功率以及封闭循环功率方向的问题,给出了不同组合类型装置内部的功率流计算方法;利用啮合功率法对装置的传动效率进行分析,最后推导出装置的传动参数和传动效率之间的关系式.

[关键词]数控车床;系统;精度

[中图分类号]TP18[文献标志码]A[文章编号]2096-0603(2015)05-0005-05

以往在设计伺服电机时,经常采用变速直流电动机,不但成本高,占地面积大,而且变速范围往往不能满足工作需要.因此,本文参照有关资料设计了一种控制式差动伺服电机精密定位技术.试制完成后用变量油泵作为负载,在各种高速和载荷下进行了三小时的现场实验,除发现皮带盘连接处漏油及调节手轮在摩擦扭矩作用下有自转现象外,其他主要性能完全符合设计要求.这种控制式差动伺服电机精密定位技术的主要特点是调速范围大,可以在运转状态下连续从反转调节到正转,而且运转平稳,结构紧凑[1].

一、数控车床伺服进给系统

伺服电机精密定位系统是通过带传动或齿轮传动系统调节伺服电机,其中,机械伺服电机和皮带伺服电机应用最为广泛.皮带伺服电机又分为平皮带和V形皮带伺服电机.其工作原理如图1所示,当主动轮转动时,使用机械张力器、锥轮、运动和力之间的摩擦力将动力从主动轮传递到从动轮上,通过操纵机构可以改变滑轮、锥形的工作状态以及改变驱动工作,实现变速半径.无级变速传动和定传动比、有级变速传动相比,它能够根据工作需要在一定范围内连续变换速度,以适应输出转速和外界负荷变化的要求,而且功率特性好,因此,在现代机械传动领域内占有重要地位[2].

近年来,为了扩大无级变速传动的调速比(范围)、传动功率和过零调速,控制式无级变速传动——用伺服电机精密定位技术作为封闭二自由度差动轮系的两个基本构件而组成的单自由度行星伺服电机已成为研究热点,通常称之为封闭行星伺服电机.这种系统中大部分功率流经差动轮系,而只有小部分功率流经伺服电机[3].此外,车用伺服电机和伺服电机的稳速问题也是研究热点.伺服电机精密定位系统是由基本伺服电机对差动轮系统进行控制,从而构成一种组合式变速传动系统.电机皮带经过三角变速齿轮箱,输出功率得到进一步提高,经过斜齿轮、皮带和凸轮轴进行规范的流程操作,通过齿轮箱的两套滑模变齿轮机构的调节,达到变速的效果,通过对输入轴的转速控制,变换输出轴的动力和转速,将调速过程限制在一个多段变速范围内,以获得不同的输出转速,然后在凸轮轴实现转速的变化,以满足现实生产操作中的各种要求.差动伺服电机行星齿轮传动齿数分配及定轴齿轮传动齿数分配是控制式差动变速传动设计的难点.目前,伺服电机精密定位系统的配齿设计还没有具体简便的方法.本文通过对伺服电机精密定位系统的齿数分配方法及计算进行研究,提出了一种实用的配齿计算方法.

伺服电机精密定位系统主要应用如下:

(1)为适应工艺参数多变或输出转速连续变化的要求,运转中需经常地改变速度,但不应在某一固定速度下长期运转,如机床、卷绕机、车辆和搅拌

机等;

(2)探求最佳工作速度,如试验机、自动线等;

(3)几台机器或一台机器的几个部分协调运转;

(4)缓慢启动以合理利用动力,通过调速以快速越过共振区;

(5)车辆变速箱,可节省燃料约9%,缩短加速时间,简化操作.

采用无级变速传动有利于简化变速传动结构、提高生产率和产品质量、合理利用动力和节能、实现遥控及自动控制,同时也减轻了操作人员的劳动强度.伺服电机精密定位系统由机械伺服电机和差动行星齿轮机构组合而成,它具有扩大伺服电机的调速范围,或者扩大伺服电机的传递功率、提高调速精度等优点.

二、数控车床伺服进给系统精度研究与优化

如图1所示,为了实现电气控制的需要,本次的系统设计主要包括了如下五个部分:(1)控制面板模块;(2)姿态传输模块;(3)系统主控模块;(4)伺服控制模块;(5)编码盘计数模块.详情如图1所示:

在系统工作之前,用户可以通过控制面板来设定系统的初始值,而在开始工作之后,则可以通过以太网接收远程指令,对天线的姿态进行调整,同时系统还能够接受码盘计数信息,这些信息经过计算处

理之后,能够得出误差信号,将这些误差信号转换形成特定频率的脉冲信号,从而通过对电机驱动器的

调控,达到控制天线的俯仰角和方位调整的目的.与此同时,当系统在工作的时候,用户还能够通过控制面板对整个系统进行控制以及检测.

用户通过控制面板能够实现对系统的实时监控,控制面板与控制器是通过RS485串行通信进行数据的传输和指令的交换的,而精密伺服系统信息的传输则是依据以太网的远程传输功能,并且通过RS232串行通信实现数据的传输.作为系统的核心部分,控制器通过电机驱动器、减速器以及编码盘对天线的姿态进行调整.

本次设计的系统硬件的核心部分是控制面板和控制器,控制器主要是由系统的主控模块部分和伺服模块构成的.而微型处理器则是控制面板以及控制器的核心构成部分,从目前来看,广泛应用于伺服控制的核心处理器主要包括了单片机、专用的控制芯片以及数字信号处理器,基于成本的考虑,我们选用的是51系列的单片机,将其作为本系统的核心处理器.并且在MedWin环境下对其进行开发,该环境能够支持C语言编程,而且由于具备窗口风格,开发相对较为便利,我们现在该环境下完成程序编写,并且进行仿真调试,最后再将程序下载到单片机.系统的具体硬件结构详见图2:

控制面板的主要作用体现在充当初始值、系统主要控制方案以及直接对天线进行控制的操作的设置,是重要的人机交互设备;除此之外,借助显示器可以获取目标天线角度、状态以及系统相关信息.

控制面板功能体现为以下几点:第一,进行固定地理坐标的设置,也就是经纬度;第二,提供手动及自动两种控制天线转动的方式,其中,自动控制就是系统的定向控制模式,手动控制对天线正向或反向的调试则需要用户通过手动方式实现;第三,向系统发出回归至零位的复位命令.

车身稳定控制系统 ESP(ESC) 视频时长:01:33 车身稳定控制系统 ESP(ESC) 播放:17798次 评论:7093人

如图3所示,硬件主要包括:液晶LCD、 处理器、键盘以及RS485接口,其中后者用于确保与系统控制模块通信的实现.功能模块大致包括:

第一,显示,即所收集到的天线信息以及以太网中的调整信息借助主控制器向液晶显示模块进行传输,并对该显示模块予以一定的控制,使其将接收到的信息通过既定格式展示;第二,操纵输入,即相关操作者为达到对仪器模式予以控制的目的,在键盘输入相关控制指令的行为,以所输入的控制指令为主要依据,单片机会实现诸如控制模式或显示数据等功能.

上述功能的实现是建立在电源模块的基础之上的,电源模块是系统设计的重要内容之一.

(1)液晶模块

本设计方案选取HG122321-LYH型号的液晶.

从示意图可知:主、分方式工作分别是SED1520(1)和SED1520(2);前者时序信号通过OSC2传出,且OSC1与OSC2跨接电阻;后者通过OSC2将SED1520FOA(1)提供的时钟输入.通电一段时间后,两个芯片的RES即达到高电平状态,因此主要是对68系列MPU时序进行控制.E1,E2信号决定芯片的选通.

上述几大模块在设置方面,ADC选择为0,占空比为1∶32.

如图5所示,为液晶模块与单片机之间的接口.

(2)单片机模块

本研究用STC12C5404单片机作为显示控制CPU.作为新一代单时钟/机器周期(1T)兼容8051内核单片机,STC12C5404对流水线进行了更新,对指令集结构予以了优化,并采用专用的MAX810集成电路.

三、结论

本文研究了控制式差动变速安装的传动方案,扩展了伺服电机的调速范围,解决了伺服电机精密定位系统安装游移不定的局限性.进行了封锁轮回的功率比设置,防回流阀,从整体机械效率比封锁轮回,虽然没有改变机械回流的效率,但后者具有更大的应用前景.该系统扩展了普通串级节制系统的功用,多模态串级节制具有较强的鲁棒性、非线性和时变特征,对于负荷转变频频的对象具有良好的节制结果.扩展速度局限的封锁轮回,封锁轮回功率的偏向取决于回流装置内传输连接点的传达.封锁轮回将使设备的机械功率损耗、效率大大下降.

参考文献:

[1]蒋慰孙.过程控制工程[M].北京:中国石油化学工业出版社,1998:45.

自动控制系统:CAN-BUS、LIN、MOST车载网络控制系统[汽车维修高级诊断入门]

[2]金以慧.过程控制[M].北京:清华大学出版社,1993:243.

[3]柏建国.人工智能与控制决策[J].自动化与仪器仪表,1996(03).

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