数控定子绕线机伺服系统应用实例

作者：中达电通股份有限公司　南京分公司　解　刚2007.06.29阅读 4363

前言
　　目前绕线机的市场可谓庞大，品种繁多控制工程网版权所有，有平行绕线机、环型绕线机、定转子绕线机、纺织绕线机等。本文主要介绍的是利用中达CNC数控系统和伺服产品构建出的设备：数控定子绕线机（见图１）。它的最大特点是可以自动变换绕线方向，所绕的线圈整齐且圈数准确。操作简便，节省人工，提高产量，产品品质好控制工程网版权所有，其绕线、排线、停车、换槽，完全按程序自动执行。排线宽幅可调，圈数准确。生产速度快，并大量节省线材。下面概述如何利用中达的数控和台达的伺服整合此方案。
数控定子绕线机伺服系统应用实例如图

图1　数控定子绕线机外观

技术和精度要求
　　客户原用PLC+伺服控制整台设备，因其加工出来的产品的合格率较低，且一些功能无法实现，满足不了市场上需求，故提出开发数控定子绕线机，并且需要控制系统和伺服满足如下条件：
伺服运动轴
　　在机械上，需要三轴的控制坐标系。其中，排线X轴采用伺服电机直接驱动螺距为4mm的滚珠丝杠，在连接工作台做直线运动；飞叉Y轴采用伺服电机驱动1：2的齿轮箱间接传动，做360°的圆周运动；分度Z轴采用伺服电机驱动1：9的齿轮箱间接传动，做360°的圆周运动。这3个轴要求能够联动。
　　此外，对于飞叉轴来说，由于在运动过

程中，机械负载惯量会因为绕线的速度的不同而发生较大的变化，这就要求伺服系统具有优异的稳定性、相应性和对负载变化自适应能力。
精度要求
　　机械回零精度：排线轴0.005mm 飞叉轴+/-1°分度轴+/-1°
　　定位精度：0.02mm　+/-1°
　　要求控制系统和伺服系统能够具有检测反馈，来保证机械运动精度。
CNC控制系统
　　因定子绕线机不仅讲究绕的匝数要准确，而且排线出来的密度要均匀，即最少需要两轴之间做插补运算，实现联动；画面可以自由规划；要给客户方便传输加工程序，并且可以对NC程序编辑和存储；控制系统要提供一个D/A口，实现恒张力控制功能。
　　另外，客户希望数控系统再开放一个轴，以备后用。

方案可行性分析
　　通过对机械设计和控制技术的要求分析，确定采用一台中达电通通用的四轴H4-4上位机控制系统+3套台达B系列交流伺服ASD-B做下位机控制的控制架构（见图２）。
数控定子绕线机伺服系统应用实例如图

图2　系统架构
　　具体分析如下：
　　中达电通通用数控H4的主要特点：
　　独立的伺服接口，可以实现多轴联动。
　　电压命令型（V-Comnand）伺服接口，最小解析精度0.001mm，可配合光栅尺或旋转编码器实现闭环、半闭环控制，能够满足精度要求。
　　最大响应速度500KPPS编码器反馈，能够满足快速定位的要求。
　　控制器内存512K的存储空间，可存储1000个NC加工程序，配合标准的CNC键盘可以轻松的编写加工程序。
　　通过CNC简易I/O控制命令和内制PLC开发，能够灵活的实现辅助机能。
　　内置可编程PLC，标准配置为24INPUT/16OUTPUT，最大可以在增加32INPUT/32OUTPUT。
　　2组D/A输出，2组A/D输入，完全可以满足实现恒张力的控制要求。
　　通过比较分析，完全可以满足做为上位机的控制要求。
　　台达交流伺服系统的主要特点：
　　具有多种控制模式，可与上位控制器灵活配合，应用广泛。
　　具有位置P-CURVE和速度S-CURVE功能。
　　强健式的控制模式，在负载惯量大范围的变化时CONTROL ENGINEERING China版权所有，系统仍然可以保持优异的性能。
　　丰富的软件功能，方便用户调试。
　　通过比较分析，台达交流伺服系统完全可以满足做为下位机的控制要求。通过对机械结构、负载惯量、输出扭矩的分析计算，故选用：ASDB 400W*1颗、ASDB 750W*2颗做为下位控制器。

功能设计
系统架构
外观和功能需求
　　绕线机具有寻原点、点动模式、单次模式、自动模式、编程模式、参数设定、测试输出点功能等多项功能。
系统操作界面规划
数控定子绕线机伺服系统应用实例如图