摘要    本文結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)實(shí)際的需要，研制開發(fā)了ATHD-030型數(shù)控壓銷機(jī)。以工控主機(jī)為核心控制單元，基于Linux操作系統(tǒng)，采用PCL839位控卡、PW24-24輸入輸出卡實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的位置控制、離散邏輯控制。有效地解決了手工壓銷無(wú)法適應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)品種多、批量大和供貨周期短的難題，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

    關(guān)鍵詞    發(fā)動(dòng)機(jī)制造 壓銷 數(shù)控機(jī)床 Linux

    1.引言

    在發(fā)動(dòng)機(jī)制造過程中，壓銷是一道不可或缺的工序。依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)種類，銷孔的個(gè)數(shù)及位置分布各不相同。傳統(tǒng)壓銷機(jī)的核心為一杠桿機(jī)構(gòu)，其工作流程如下：（1）將發(fā)動(dòng)機(jī)毛坯裝夾在工作臺(tái)上；（2）將經(jīng)過預(yù)選過的銷釘放置在銷孔中；（3）通過搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠，移動(dòng)工作臺(tái)，將壓銷機(jī)壓頭對(duì)準(zhǔn)銷釘；（4）利用杠桿，大力將銷釘壓入銷孔。該過程有兩個(gè)難點(diǎn)：第一工作臺(tái)的精確定位，壓頭與銷孔的軸心偏差不得超過30μm；第二，銷釘?shù)膲喝肷疃染噤N孔上端面恒為5±0.5mm。利用傳統(tǒng)壓銷機(jī)壓銷，這兩項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度與操作人員的操作經(jīng)驗(yàn)、身體狀況密切相關(guān)，屬于勞動(dòng)密集型工種。

    鑒于傳統(tǒng)壓銷機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，以及生產(chǎn)單位經(jīng)常變換產(chǎn)品種類，在加工批量大、供貨周期短時(shí)難以與其他加工環(huán)節(jié)相合拍，我們研制開發(fā)了ATHD-030型數(shù)控壓銷機(jī)。

    2.壓銷機(jī)的整體設(shè)計(jì)

    如圖1所示為壓銷機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。綜合考慮控制對(duì)象要求的定位精度、負(fù)載情況以及成本，采用步進(jìn)電機(jī)直聯(lián)滾珠絲杠作為工作臺(tái)的開環(huán)驅(qū)動(dòng)單元。機(jī)床控制核心采用工控PC機(jī)，安裝在控制柜（1）中。工作時(shí)，工件安裝在X滑臺(tái)（3）上，采用配套夾具進(jìn)行裝夾。由X、Y滑臺(tái)來(lái)控制工件在平面上的相對(duì)于壓頭（5）軸心的位置。采用汽缸對(duì)壓頭的下壓和抬起進(jìn)行控制，在壓頭行程兩端采用霍爾元件對(duì)壓頭位置進(jìn)行捕捉。

    采用這種設(shè)計(jì)方案，對(duì)于壓銷過程中的兩個(gè)難以控制的環(huán)節(jié)均得到有效的控制：第一，壓頭軸心與銷孔軸心之間的位置偏差由數(shù)控系統(tǒng)的控制精度和滾珠絲杠的傳動(dòng)精度來(lái)保證；第二，銷釘壓入銷孔中的深度可通過調(diào)整汽缸的壓力，以及壓入到位后的保持時(shí)間來(lái)保證。一旦調(diào)試合格，機(jī)床的精度保持性好，并在這兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)均排除了人為誤差，從而能夠有效地保證工件質(zhì)量。

    3．?dāng)?shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    數(shù)控系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)參見圖2。工控機(jī)為數(shù)控系統(tǒng)的核心控制單元，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)度管理，控制位控卡、I/O卡，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的位置控制、離散邏輯控制功能。主機(jī)配備了網(wǎng)卡，可以通過局域網(wǎng)與其他主機(jī)鏈接實(shí)現(xiàn)DNC群控或進(jìn)行交換數(shù)據(jù)。

    （1）位置控制^[1]

    采用研華PCL839智能位控卡，生成指令脈沖，對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行位置控制，該卡具有自動(dòng)梯形加減速的功能。機(jī)床坐標(biāo)軸的正、負(fù)限位開關(guān)以及零位開關(guān)信號(hào)直接送入PCL839。工控主機(jī)通過直接讀寫PCL839位控卡的寄存器組來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能：可以設(shè)定輸出脈沖的突跳頻率、最高頻率，以及加速度大小，這些參數(shù)決定了坐標(biāo)軸運(yùn)行的基本特性；可以指令PCL839產(chǎn)生連續(xù)運(yùn)行、定長(zhǎng)度運(yùn)行脈沖，控制機(jī)床零點(diǎn)返回動(dòng)作等。

    主機(jī)計(jì)算產(chǎn)生位置指令，寫入PCL839指令寄存器，生成指令脈沖，送往步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床的位置控制。

    （2）邏輯控制

    工控主機(jī)與PW24-24光電隔離輸入輸出卡相配合，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)置PLC，對(duì)來(lái)自控制面板的輸入信號(hào)進(jìn)行高速掃描，同時(shí)將輸出信號(hào)進(jìn)行隔離、放大后，直接驅(qū)動(dòng)繼電器，從而實(shí)現(xiàn)離散邏輯控制功能^[2]。

    4．?dāng)?shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    數(shù)控系統(tǒng)軟件開發(fā)基于Linux操作系統(tǒng)，Linux為自由軟件，這樣可以開發(fā)具有自主版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)。系統(tǒng)按照功能分為以下模塊：人機(jī)界面管理、機(jī)床手動(dòng)控制、示教功能、機(jī)床自動(dòng)控制、工件參數(shù)備份等。其中人機(jī)界面采用了類Windows的全中文界面，通過通用鍵盤實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝參數(shù)的設(shè)定和修改；在手動(dòng)控制方式下，可以對(duì)機(jī)床的坐標(biāo)軸進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)、原點(diǎn)返回控制，對(duì)輸出點(diǎn)進(jìn)行手動(dòng)控制；利用示教功能可以記錄手動(dòng)控制的軌跡，并用來(lái)自動(dòng)控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)；在自動(dòng)方式下，按照事先設(shè)定的軌跡對(duì)工件進(jìn)行加工。當(dāng)更換工件種類時(shí)，可以對(duì)已設(shè)定工藝參數(shù)的工件進(jìn)行備份，以便將來(lái)重新取出繼續(xù)使用。

    圖3為自動(dòng)加工的流程圖。對(duì)于各銷孔位置，可以按照工件的設(shè)計(jì)尺寸計(jì)算出在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，直接填入數(shù)控系統(tǒng)提供的表中，從而實(shí)現(xiàn)精確定位。

    5.結(jié)論

    在ATHD-030型數(shù)控壓銷機(jī)完成安裝及功能調(diào)試之后，采用HP5528A雙頻激光干涉儀對(duì)其定位精度和重復(fù)精度進(jìn)行了檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)床在6m/min運(yùn)行速度下，按3s 精度計(jì)算方法：定位精度12μm，重復(fù)精度25μm，很好地達(dá)到了機(jī)床的設(shè)計(jì)要求。

    在長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月的試用期間，機(jī)床運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制精度高，平均每分鐘加工一個(gè)工件。在更換產(chǎn)品時(shí)，只需要重新設(shè)定銷孔位置即可，不需對(duì)操作人員重新進(jìn)行培訓(xùn)。完全能夠適應(yīng)多品種、大批量、供貨周期短的工程實(shí)際需要。

參考文獻(xiàn)

    1. PCL-839 3-axis High Speed Stepping Motor Control Card    PC-LabCard Series User’s Manual

    2. 李秉操，張登舉，付壽英等    單片機(jī)接口技術(shù)及在工業(yè)控制中的應(yīng)用    陜西電子編輯部。