瓦楞輥是瓦楞紙箱生產(chǎn)線的核心部件， 也是最昂貴、 易損的部件之一， 而瓦楞輥的制造與翻修都離不開瓦楞輥磨床。磨床的加工精度與效率直接影響到瓦楞輥的質(zhì)量與企業(yè)的效益。目前在用的瓦楞輥磨床數(shù)控系統(tǒng)主要 分 為兩 類…： 一類 為通 用 數(shù)控 系統(tǒng) 如、 S I E ME N S ； 另一類為基于 P C的數(shù)控系統(tǒng)。前者性能突出但價(jià)格過高， 相對(duì)于瓦楞輥磨削工藝而言，其功能、 性能過于冗余 ； 后者功能與性能足夠， 但是其價(jià)格對(duì)于眾多的中小企業(yè)而言依然難以承受。因此，設(shè)計(jì)開發(fā)功能實(shí)用、 運(yùn)行穩(wěn)定可靠的瓦楞輥磨床經(jīng)濟(jì)型專用數(shù)控系統(tǒng)具有重要意義。本文提出了一種基于單片處理器的瓦楞輥磨床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該方案無論是在數(shù)控系統(tǒng)成本還是在系統(tǒng)功能／ 性能方面都具有很大的優(yōu)勢(shì)， 適合瓦楞輥磨床的配套改造之用。 　　數(shù)控磨床工藝與電氣結(jié)構(gòu). 瓦楞輥數(shù)控磨床與磨～ i , J - r 藝瓦楞輥數(shù)控磨床通常由平面磨床、 龍門刨床或者龍門銑床改造而來， 本文所介紹的瓦楞輥數(shù)控磨床采　　用了平面磨床 M7 1 5 0的床身結(jié)構(gòu)。它主要保 留了平面磨床的砂輪主軸， 為提高加工精度， 砂輪架的升降控制采用伺服驅(qū)動(dòng)、 減速箱與滾珠絲杠的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)軸， 同時(shí)取消了水平滑臺(tái)原來的液壓傳動(dòng)部分， 以交流伺服（ z軸） 代之， 并在此基礎(chǔ)上安裝了數(shù)控分度頭軸， 以及用于砂輪修整的金剛滾輪架。平面磨床的其它輔助裝置如床身液壓泵、 主軸油泵、 冷卻水泵基本不變。為簡化數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 砂輪主軸電動(dòng)機(jī)、 冷卻水泵、 磨頭伸縮等控制功能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)， 但是對(duì)所有電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)功能仍然由數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 　　瓦楞輥磨床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的主要操作功能如下 。 　　參數(shù)設(shè)置 通過 8鍵鍵盤設(shè)定工藝參數(shù)、 工件參數(shù)、 機(jī)床有效行程和各軸間隙補(bǔ)償值 ；機(jī)床回零 點(diǎn)動(dòng)控制 軸和 z軸運(yùn)動(dòng)， 將軸、 z軸位置點(diǎn)動(dòng)調(diào)整到機(jī)床坐標(biāo)零點(diǎn)， 作為磨床加工時(shí)的基準(zhǔn)位置；工件裝夾 點(diǎn)動(dòng)控制各軸運(yùn)動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)工件安裝找正；建立工位 點(diǎn)動(dòng)控制各軸運(yùn)動(dòng)， 確定磨床基　　本工位， 如分度位、 對(duì)刀位、 磨削起刀位、 右出頭位、 砂輪修整位；砂輪修整 確定砂輪的粗修量、 精修量以及修整次數(shù)， 并完成正式磨削前的砂輪修整；自動(dòng)運(yùn)行 根據(jù)設(shè)定的工藝參數(shù)、 工件參數(shù)、工位參數(shù)及砂輪修整參數(shù) 自動(dòng)磨削工件， 磨削過程中每條楞的工藝主要包括： 分度一粗磨一砂輪修整一精磨；軟件復(fù)位 數(shù)控系統(tǒng)熱啟動(dòng)。 　　數(shù)控系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)瓦楞輥磨床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。該系統(tǒng)以 A D 1 6 M4測(cè)控板為基礎(chǔ)， 實(shí)現(xiàn)了瓦楞輥磨床所有電氣測(cè)控功能。它不僅包括 L C D顯示與按鍵輸入， 還具有開關(guān)量輸入（ D I ） ／ 輸出（ D O） 、 交流伺服電動(dòng)機(jī)位置／ 速度控制等功能。其中， D I 部分主要包括 軸、 軸的雙向行程開關(guān)檢測(cè)， 軸、 軸、 軸交流伺服狀態(tài)報(bào)警輸入， 各種功率電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)等；部分主要包括燈光報(bào)警、 聲音報(bào)警、 間歇潤滑、 軸與 軸電磁剎車、 軸氣剎車以及金剛輪電動(dòng)機(jī)啟／ ?？刂?。三坐標(biāo)數(shù)控軸選用安川交流伺服系統(tǒng)， 構(gòu)成半閉環(huán)位置控制結(jié)構(gòu)， 其輸入信號(hào)設(shè)置為 “ 方向 +脈沖”。 　　數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)瓦楞輥磨床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng) A D1 6 M 4測(cè)控板的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示， 主要由主處理器 W7 8 E 5 1 6 、 地址鎖存器 7 4 L S 3 7 3 、 地址譯碼器 7 4 L S 1 3 8 、 主存儲(chǔ)器、 輔存 儲(chǔ)器 N V R A M 2 9 F 0 4 0 、 擴(kuò) 展端 口和 8 2 5 5 B、 脈沖均分器 A T 8 9 C 2 0 5 1 、 L C D顯示板及鍵盤組成 。 　　1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)測(cè)控板使用 了兩片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片， 即與 N V R AM 2 9 F 0 4 0 。由于 R A M本身沒有掉電保護(hù)功能， 為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的掉電保護(hù)功能， 系統(tǒng)擴(kuò)展了非易失型存儲(chǔ)器 N V R A M 2 9 F 0 4 0 。主存儲(chǔ)芯片的存儲(chǔ)空間為3 2 k B， 用來存儲(chǔ)變量、 頁面代碼等不需要掉電保護(hù)的數(shù)據(jù)。輔存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)空間為5 1 2 k B， 由硬件劃分的8個(gè)存儲(chǔ)扇區(qū)， 由主處理器的 P 1 . 4 、 P 1 . 5 、 P 1 . 6引腳選擇扇區(qū)。 　　每個(gè)扇區(qū)的存儲(chǔ)空間都可以釋放， 通過擦除操作對(duì)扇區(qū)進(jìn)行區(qū)擦除， 釋放存儲(chǔ)空間。主處理器能夠采用直接尋址方式訪問主存儲(chǔ)器與輔存儲(chǔ)器， 由W7 8 E 5 1 6的. 7引腳控制兩片存儲(chǔ)芯片的選擇與切換。 　　2 基本輸入輸出主處理器 W7 8 E 5 1 6的 P 1 . 0 、 P 1 . 1 、 P 1 . 2 、 P 1 . 3引腳分別控制 L M G—S S C 2 4 0×6 4點(diǎn)陣 L C D顯示板的片選、 讀寫和使能信號(hào)， 通過 8 2 5 5 A的 P A口實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)輸出， 鍵盤數(shù)據(jù)以開關(guān)量方式輸入到8 2 5 5 A的口； 由8 2 5 5 B的 P B口檢測(cè)行程開關(guān)、 交流伺服狀態(tài)和電動(dòng)機(jī)過載等信息， 其中行程開關(guān)應(yīng)選擇常閉觸點(diǎn)， 所有電動(dòng)機(jī)的熱繼電器的常閉觸點(diǎn)經(jīng)過串聯(lián)后輸入至測(cè)控板； 由8 2 5 5 A的P C 7 、 P C 6 、 P C 4引腳分別控制燈光報(bào)警、 聲音報(bào)警和間歇潤滑， 8 2 5 5 B的 P c口的高 4位～P C 7分別控制 X軸和 軸電磁剎車、 軸氣剎車和金剛輪電動(dòng)機(jī)的通斷。 　　3 運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)控制的目的在于對(duì)運(yùn)動(dòng)控制軸的位置／ 速度／加速度的精確控制。當(dāng)系統(tǒng)采用“ 脈沖 +方向” 輸出時(shí)， 既要保證脈沖與方向同步， 還要保證脈沖總數(shù)正確、 頻率準(zhǔn)確、 頻率變化平緩。此外， 為提高系統(tǒng)可靠性， 位置控制信號(hào) （ 脈沖、 方向） 均采用差分驅(qū)動(dòng)形式輸出。 　　由于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)采用單片機(jī)作為主處理器，其數(shù)據(jù)處理能力有限， 難以實(shí)現(xiàn)較高質(zhì)量的控制脈沖。 　　因此， 本系統(tǒng)使用獨(dú)立于主處理器的脈沖均分器輸出脈沖， 不但可以提高整個(gè)系統(tǒng)的處理速度、 簡化程序設(shè)計(jì)， 還能夠有效地提高脈沖頻率的控制精度。脈沖均分器采用 A T 8 9 C 2 0 5 1單片機(jī)， 實(shí)現(xiàn)脈沖均勻輸出。該控制軟件已經(jīng)完全芯片化。主處理器 W7 8 E 5 1 6 B通過端口擴(kuò)展 8 2 5 5 B控制系統(tǒng)運(yùn)行， 8 2 5 5 B的 P A口控制脈沖輸出， P c口的低 4位 P C 0～3控制各軸運(yùn)動(dòng)方向。8 2 5 5 B的P A口連接 2片脈沖均分器， 當(dāng)接收到來自主處理器的中斷信號(hào)時(shí)， 脈沖均分器讀取 8 2 5 5 B的口的脈沖數(shù)并將其均勻輸出。從脈沖均分器輸出的脈沖信號(hào)與來 自8 2 5 5 B的P c口的方向信號(hào)經(jīng)差分變換后分別輸出至 軸、 軸、 z軸的伺服驅(qū)動(dòng)器。其中， 軸和 軸的脈沖輸出共用一個(gè) A T 8 9 C 2 0 5 1 ， 當(dāng). 7置“ 0 ” 時(shí)輸出 軸脈沖， 置“ 1 ” 時(shí)輸出 軸脈沖；軸和 軸共用一個(gè) A T 8 9 C 2 0 5 1 ， U軸備用。 　　數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)瓦楞輥磨床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)軟件采用模塊化程序設(shè)計(jì)， 主要任務(wù)模塊包括按鍵掃描、鍵值分析、伺服電動(dòng)機(jī)控制、行程開關(guān)檢測(cè) 、交流伺服狀態(tài)檢測(cè)、電動(dòng)機(jī)過載檢測(cè)、燈光報(bào)警、聲音報(bào)警、間歇潤滑及 L C D顯示。系統(tǒng)軟件的主程序以循環(huán)方式掃描上述任務(wù)模塊， 當(dāng)對(duì)應(yīng)的條件滿足時(shí)， 該任務(wù)被響應(yīng)并予以處理。 　　主程序中的鍵盤掃描周期約為 1 0 0 ms ， 過小的掃描間隔難以過濾掉按鍵抖動(dòng)， 而過大的掃描間隔則可能漏掉按鍵動(dòng)作。本系統(tǒng)采用定時(shí)器 1 1 D實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)周期的中斷定時(shí)， 中斷服務(wù)程序主要完成運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)的計(jì)算以及脈沖數(shù)的輸出。在系統(tǒng)上電后 ， 為防止因上電時(shí)電壓波動(dòng)造成系統(tǒng)初始化錯(cuò)誤 ， 程序延時(shí) 1 0 0 ms 左右。延時(shí)完成后， 進(jìn)行變量初始化、 芯片與硬件端口初始化及輸出狀態(tài)初始化。在程序運(yùn)行過程中， 大概每必須刷新 L C D顯示一次， 以防止 L C D顯示錯(cuò)誤信息。 　　系統(tǒng)軟件以多級(jí)菜單的形式顯示各操作功能。其主菜單顯示內(nèi)容為： 參數(shù)設(shè)置、 機(jī)床回零、 工件裝夾、 建立工位、 砂輪修整、 自動(dòng)運(yùn)行、 技術(shù)支持、 軟件復(fù)位。為配合上述操作功能， 系統(tǒng)按鍵采用多重定義方式， 與通用數(shù)控系統(tǒng)中的軟鍵設(shè)計(jì)思想基本一致。與之不同的是本系統(tǒng)沒有專門的數(shù)字輸入鍵 ， 而是以軟鍵輸入代替。另外， 系統(tǒng)取消了一般數(shù)控系統(tǒng)中的手輪和點(diǎn)動(dòng)按鈕， 其對(duì)應(yīng)功能由軟鍵結(jié)合多速（ 粗調(diào)／ 中調(diào)／ 細(xì)調(diào)／微調(diào)） 點(diǎn)動(dòng)按鍵實(shí)現(xiàn)。這種“ 以軟代硬” 的實(shí)現(xiàn)方式能夠在很大程度上簡化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)， 而對(duì)系統(tǒng)操作效率影 響極小。 　　1 數(shù)據(jù)管理設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)需要保存 的參數(shù) 比較多， 如工藝參數(shù)磨削量、 粗磨速度、 精磨速度） 、工件參數(shù)（ 中高、 楞長、 楞數(shù)） 、 邏輯行程保護(hù)參數(shù)（ 軸、 z軸） 、 機(jī)床間隙補(bǔ)償量（ 軸、 z軸、 軸） 以及砂輪修整參數(shù) （ 粗修整量、 精修整量、修整次數(shù)） 。此外， 根據(jù)工件參數(shù)計(jì)算得到的中高分布曲線表、 分度角度表也同樣要求實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)。由于系統(tǒng)采用的是增量式位置控制系統(tǒng)，工位信息則不必實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)。系統(tǒng)進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置頁面時(shí)， 顯示保存在 N V R A M里的數(shù)據(jù)。為防止出現(xiàn)亂碼或其它錯(cuò)誤 ， 需要對(duì)顯示的數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性檢查。如果數(shù)據(jù)錯(cuò)誤 ， 則強(qiáng)制賦隱含值， 參數(shù)在修改后將存入 N V R A M的對(duì)應(yīng)扇區(qū)中。 　　2 基本算法設(shè)計(jì)中高算法： 本系統(tǒng)以拋物線作為中高曲線 ，為降低運(yùn)動(dòng)控制兩軸聯(lián)動(dòng)的復(fù)雜性， 采用分段直線逼近拋物線的方法。首先將瓦楞輥楞長換算成對(duì)應(yīng)的總脈沖數(shù)， 然后等分成 4 0段， 再計(jì)算出各段中高值對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)及各段的斜率并存入 N V R A M中。在磨削中高時(shí)， 根據(jù)當(dāng)前段 z軸運(yùn)行的脈沖數(shù)與斜率計(jì)算出本中斷周期 軸應(yīng)輸出的脈沖數(shù)。 　　分度算法： 由于單片機(jī)難以滿足復(fù)雜的實(shí)時(shí)計(jì)算要求， 與中高處理類似， 分度計(jì)算也同樣在磨削加工前處理完成。具體計(jì)算方法： 先計(jì)算 軸一周. 對(duì)應(yīng)的總脈沖數(shù)， 然后以總脈沖數(shù)與設(shè)定的楞數(shù)相除取整得到每條楞的基本分度脈沖數(shù)， 再適當(dāng)處理余數(shù)， 將余數(shù)脈沖按一定規(guī)律均勻插入到對(duì)應(yīng)楞中去， 則足以保證均勻分度。理論上， 分度誤差不超過一個(gè)脈沖， 完全能滿足瓦楞輥分度的技術(shù)要求 ， 而且即使 軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)多周也不會(huì)出現(xiàn)累積誤差。 　　3 運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)脈沖插補(bǔ)算法是運(yùn)動(dòng)控制的核心。系統(tǒng)軟件采用了脈沖增量插補(bǔ)算法中的數(shù)字積分直線插補(bǔ)， 每次插補(bǔ)產(chǎn)生一個(gè)位移增量， 并以脈沖形式輸出。本控制系統(tǒng)一邊進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算， 一邊進(jìn)行加工， 是一種典型的實(shí)時(shí)控制方式， 所以插補(bǔ)運(yùn)算的效率直接影響到磨床的進(jìn)給速度。插補(bǔ)周期越小 ， 則輪廓精度也就越高。在兩軸聯(lián)動(dòng)時(shí)， 運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算量非常大， 因此， 要求軟件設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免雙精度、 長整型變量數(shù)據(jù)處理， 以簡化計(jì)算過程， 降低處理器時(shí)間消耗。本系統(tǒng)采用的定時(shí). 點(diǎn)擊此處下載資料:瓦楞輥磨床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 編輯:何世平