e-works数字化企业网  »  文章频道  »  工业自动化控制  »  PC-BASED

PC-BASED微型钻头磨床的研究与开发

2014/5/19    来源:万方数据    作者:罗金盛  晏来成  郑力新      
关键字:PC  磨床  步进电动机  运动控制卡  
为实现高精度钻头加工,开发出基于工业PC,以通用运动控制卡为核心的钻头磨床数控系统。该控制系统硬件结构简单,软件设计采用模块化方式,便于系统功能的扩展和提升。实践表明,系统能保证机床加工的高精度和稳定性,提高了磨床加工的自动化程度和效率。

  微钻头主要用于加工高精细的电路板(如手机、计算机等),在IT业开始大量采用,较普通的钻头有很高的市场价格。目前进口数控车床价格昂贵,因此需要大量生产微钻的企业都会遇到资金的瓶颈,而市场对这类产品有很大的需求,基于此开发了一套高精度钻头磨床控制系统。微型钻头磨床系统组成

  微型钻头磨床的结构主要由工作头、料盘、手臂、砂轮和液压系统等组成(图1)。

数控磨床的系统结构
图1 数控磨床的系统结构

  工作头的x轴和Y轴平移运动由步进电动机带动丝杠驱动前后运动实现,工作头的Z轴运动由步进电动机经蜗轮减速带动刀具实现。

  料盘部分用于将加工好的刀具从手臂夹头中取出放置在产品区,将待加工的刀具从原料区取出放入夹头,由两步进电动机驱动分别作左右运动和上下运动。

  手臂部分完成料盘的取、放料和手臂夹头部分的取放料,这些由继电器控制电磁阀通断来实现。

  砂轮部分用于在加工过程中对刀具进行研磨,砂轮的架设角度和高度可调节,其转速可调节。

2 电气控制系统

  微型钻头磨床的电气控制部分主要由工业PLC、触摸屏、运动控制卡、I/O控制卡和步进电动机及步进电动机驱动器组成。此外,还有输入输出继电器、滤波器、辅助电动机等相关设备。

  2.1 运动控制芯片

  本系统选用日本NOVA公司的MCX314和MCXX305运动控制芯片(图2)。MCXC314控制器是一个能同时控制4个步进电动机驱动器或脉冲型伺服电动机驱动器的集成IC,它以脉冲串形式输出,能对步进电动机驱动器(或伺服电动驱动器)的位置、速度和进给进行控制,可进行4轴3联动,输出速度范围为1~4 Mpps,精度能达到±0.1pps。MCX314的所有功能由特定的寄存器控制,如命令寄存器、数据寄存器、状态寄存器和配置寄存器。

  MCC314能实现直线、圆弧和位元3种模式轨迹插补,每轴都有伺服反馈输入端,4个输入点和8个输出点,能独立地设置为恒速、线型或S曲线加/减速控制方式。

  2.1 运动控制芯片工作机理

  运动控制芯片通过ISA总线与PC相连,需要对ISA总线上的设备进行地址分配。本系统中将MCX314芯片的地址设置为0x300,将MX305的地址设置为0x280,将I/O控制卡的地址设置为0x200。

  地址分配好之后,就可以对MCX314芯片上的各种寄存器进行配置,通过设置模式寄存器WR1~WR3可以设定输出脉冲类型、外部限位开关输入使能、运行方式、减速方式等二通过输出寄存器WR4可以使MCX314的某些输出作为通用IO输出。设置命令寄存器则可以控制XYZ轴中的指定轴按指定方式运行。

  2. 3步进电动机及其驱动器

  XYZ轴主运动的步进电动机采用东方马达公司的ASM911AC型步进电动机,驱动器选型为ASD20A-C而作料盘控制用的利、日轴电动机采用东方马达公司的PK569AW型步进电动机,驱动器选型为RKD514H-C。

  作为XYZ轴主运动电动机及驱动器,对精度要求很高。AS系列电动机组合产品采用了新开发闭环控制,在步进电动机内藏侦测转子位置的传感器二这样就能像伺服电动机一样,监视转速和旋转量,克服步进电动机失步的缺点,又避免伺服电动机由于PI调节器而产生超调,可以提高系统的准确度和可靠性。AS系列步进电动机驱动器采用微步技术,可以进一步提高机台控制中的最小步进距离。

  图3为MCX314与ASD20A-C步进电动机驱动器的接口电路主要部分,图中MCX314的输出脉冲信号采用开路集电极输出方式作为ASD20A-C的输入信号。同时,将驱动器的警示信号ALARM和定位终了信号F1Vn采用光藕方式输出给MCX314,用作系统保护和确保系统运行中各步骤之间的顺序进行。

责任编辑:陈浩
本文为授权转载文章,任何人未经原授权方同意,不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用,e-works不承担由此而产生的任何法律责任! 如有异议请及时告之,以便进行及时处理。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐