利用中達(dá)CNC數(shù)控系統(tǒng)強大的軸控功能和臺達(dá)伺服系統(tǒng)快速精準(zhǔn)的運動響應(yīng)，使繞線機的工作效率得到了很大的提高。

本文主要介紹了數(shù)控定子繞線機功能的需求，以及系統(tǒng)操作界面和I/O的規(guī)劃。

一、前言

目前繞線機的市場可謂龐大，品種繁多，有平行繞線機、環(huán)型繞線機、定轉(zhuǎn)子繞線機、紡織繞線機等。本文主要介紹的是利用中達(dá)CNC數(shù)控系統(tǒng)和伺服產(chǎn)品構(gòu)建出的設(shè)備：數(shù)控定子繞線機。他的最大特點是可以自動變換繞線方向，所繞的線圈整齊且圈數(shù)準(zhǔn)確。操作簡便，節(jié)省人工，提高產(chǎn)量，產(chǎn)品品質(zhì)好，其繞線、排線、停車、換槽，完全按程序自動執(zhí)行。排線寬幅可調(diào)，圈數(shù)準(zhǔn)確。生產(chǎn)速度快，并大量節(jié)省線材。下面概述如何利用中達(dá)的數(shù)控和臺達(dá)的伺服整合此方案。

二、技術(shù)和精度要求

客戶原用PLC+伺服控制整臺設(shè)備，因其加工出來的產(chǎn)品的合格率較低，且一些功能無法實現(xiàn)，滿足不了市場上需求，故提出開發(fā)數(shù)控定子繞線機，并且需要控制系統(tǒng)和伺服滿足如下條件：

1．伺服運動軸

在機械上，需要三軸的控制坐標(biāo)系。其中，排線X軸采用伺服電機直接驅(qū)動螺距為4mm的滾珠絲杠，在連接工作臺做直線運動；飛叉Y軸采用伺服電機驅(qū)動1：2的齒輪箱間接傳動，做360度的圓周運動；分度Z軸采用伺服電機驅(qū)動1：9的齒輪箱間接傳動，做360度的圓周運動。這3個軸要求能夠聯(lián)動。

此外，對于飛叉軸來說，由于在運動過程中，機械負(fù)載慣量會因為繞線的速度的不同而發(fā)生較大的變化，這就要求伺服系統(tǒng)具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、相應(yīng)性和對負(fù)載變化自適應(yīng)能力。

2．精度要求

機械回零精度：排線軸0.005mm 飛叉軸+/-1度 分度軸+/-1度

定位精度：0.02mm +/-1度

要求控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)能夠具有檢測反饋，來保證機械運動精度。

3．CNC控制系統(tǒng)

因定子繞線機不僅講究繞的匝數(shù)要準(zhǔn)確，而且排線出來的密度要均勻，即最少需要兩軸之間做插補運算，實現(xiàn)聯(lián)動；畫面可以自由規(guī)劃；要給客戶方便傳輸加工程序，并且可以對NC程序編輯和存儲；控制系統(tǒng)要提供一個D/A口，實現(xiàn)恒張力控制功能。

另外，客戶希望數(shù)控系統(tǒng)再開放一個軸，以備后用。

三、方案可行性分析

通過對機械設(shè)計和控制技術(shù)的要求分析，確定采用一臺中達(dá)電通通用的四軸H4-4上位機控制系統(tǒng)+3套臺達(dá)B系列交流伺服ASD-B做下位機控制的控制架構(gòu)。

具體分析如下：

1．中達(dá)電通通用數(shù)控H4的主要特點：

（1） 獨立的伺服接口，可以實現(xiàn)多軸聯(lián)動。

（2） 電壓命令型（V-Comnand）伺服接口，最小解析精度0.001mm，可配合光柵尺或旋轉(zhuǎn)編碼器實現(xiàn)閉環(huán)、半閉環(huán)控制，能夠滿足精度要求。

（3） 最大響應(yīng)速度500KPPS編碼器反饋，能夠滿足快速定位的要求。

（4） 控制器內(nèi)存512K的存儲空間，可存儲1000個NC加工程序，配合標(biāo)準(zhǔn)的CNC鍵盤可以輕松的編寫加工程序。

（5） 通過CNC簡易I/O控制命令和內(nèi)制PLC開發(fā)，能夠靈活的實現(xiàn)輔助機能。

（6） 內(nèi)置可編程PLC，標(biāo)準(zhǔn)配置為24INPUT/16OUTPUT，最大可以在增加32INPUT/32OUTPUT。

（7） 2組D/A輸出，2組A/D輸入，完全可以滿足實現(xiàn)恒張力的控制要求。

通過比較分析，完全可以滿足做為上位機的控制要求。

2．臺達(dá)交流伺服系統(tǒng)的主要特點：

（1） 具有多種控制模式，可與上位控制器靈活配合，應(yīng)用廣泛。

（2） 具有位置P-CURVE和速度S-CURVE功能。

（3） 強健式的控制模式，在負(fù)載慣量大范圍的變化時，系統(tǒng)仍然可以保持優(yōu)異的性能。

（4） 豐富的軟件功能，方便用戶調(diào)試。

通過比較分析，臺達(dá)交流伺服系統(tǒng)完全可以滿足做為下位機的控制要求。通過對機械結(jié)構(gòu)、負(fù)載慣量、輸出扭矩的分析計算，故選用：ASDB 400W*1顆、ASDB 750W*2顆做為下位控制器。

四、功能設(shè)計

1、系統(tǒng)架構(gòu)

2、外觀和功能需求

繞線機具有尋原點、點動模式、單次模式、自動模式、編程模式、參數(shù)設(shè)定、測試輸出點功能等多項功能。

（1） 系統(tǒng)操作界面規(guī)劃

操作界面主要分為以下幾個功能區(qū)塊：

系統(tǒng)在上電后，進(jìn)入此畫面。此時為待機狀態(tài)，畫面的最下一排是功能顯示區(qū)。

原點模式：

當(dāng)畫面在原點模式下，分別按下X、Y、Z功能鍵，在按下啟動鍵可以順次執(zhí)行回原點；或者可以按下X&Y&Z功能鍵，在按下啟動鍵三軸同時回原點。

到進(jìn)入手動模式后，可以分別按下X、Y、Z三軸按鍵，在按 可以實現(xiàn)前后移動或正反轉(zhuǎn)。速度值的大小可以設(shè)定。

當(dāng)出現(xiàn)報警故障出現(xiàn)時，系統(tǒng)會自動停止運行，并且畫面會進(jìn)入到報警畫面，故障警號會反白顯示出來。只有當(dāng)把故障排除后，才可以執(zhí)行其他動作。

（2） 重要功能的實現(xiàn)

當(dāng)設(shè)備在使用時，出現(xiàn)任何問題時，按下急停，即可阻止危險動作的發(fā)生。松開急停后，系統(tǒng)會按規(guī)定的動作程序執(zhí)行歸位。以下為動作流程圖。

程序見主控制程式。

客戶可根據(jù)實際工件規(guī)格要求設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，并將參數(shù)儲存于控制器中，目前開放了12個工件參數(shù)，同時方便客戶直接讀參數(shù)。程序見主控制程式。

不同的工件要求不同的繞制方式，目前有兩種：極繞和層繞。極繞根據(jù)每個極的總匝數(shù)，實現(xiàn)自動排線，自動分層，直至繞制完成。層繞要求每個層的匝數(shù)可設(shè)，根據(jù)總匝數(shù)分成好多層，一般線徑較粗的用此方式加工。程序見主控制程式。

由于每個工件的極數(shù)，繞制方式，以及每個汽缸的動作順序都有可能不一樣，所以要求可以用G代碼編寫出來，這樣從而可以節(jié)省不必要的環(huán)節(jié)，大量節(jié)約時間。工件程式的存儲個數(shù)可以達(dá)到900多個，完全可以滿足所有工件形式的加工。