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ARM系統在三軸精密磨床中的應用
發布時間：2007/6/28 20:40:31 修改時間：2007/6/28 20:40:31 瀏覽次數：1701

作者：周曉軍　　　　　日期：2007.05.16
一、概述：
　　運動控制器(MNC)，是集運動控制技術、計算機技術、和通訊技術為一體的高科技產品。具有可靠性高，功能齊全，使用靈活方便等優點。本文介紹的是運動控制器MC4140、QS5伺服系統來實現高精三軸磨床的自動化改造。

二、高精密磨床的發展回顧：
　　很多年前，精密磨床的應用已經成為精細加工必不可少的工藝。但由于自動控制技術的制約，最初為手動進給，其缺點是切入磨削時進給不均勻，光磨時間控制不準，至使精度差，而且效率低；
　　隨著PLC應用的普及，PLC技術也在磨床上發揮了一定的效果。系統采用PLC＋高速定位模塊來實現，基本解決了用自動進給的方式取代了手動，進給均勻，精磨時間準確；由于PLC程式的相對固定；PLC的單流程工作模式，PLC實現多軸聯動的困難等等，所以在實際應用中又提出了新的問題。如隨意調整Y軸（工件旋轉）的分度數，能隨意分攤Z軸（磨頭）進給長度（即將Z總進給量，按隨意比例分攤到每一步），人工干預下的實時補償等；
　　由于以上問題的提出，筆者利用MC4140開發出高可靠性、高精度、高性價比三軸精密磨床伺服進給控制系統，加工工件幾何精度和效率大大提高，滿足客戶改造需要。

三、功能要求：
　　根據磨削工藝原理，控制系統實現如下功能：
　　1、啟動→快速進給→慢速進給→光磨延時→慢速進給→快速進給→快退回原點（各點位置可教導拾點）。
　　2、定位精度±1p。
　　3、可全自動、半自動、手動選擇。
　　4、任意時刻按復位→快退回原點，通電先返回原點（可參數選擇）。
　　5、可以工件計數或設置倒計數（計數到自動停機）
　　6、原位零點確定并記憶（也可任意設置參考零點）。
　　7、按鍵板面和128×64液晶顯示板可以以參數設定方式，設定快進速度，快退速度，慢進速度，快進量，慢進量，光磨延時時間，計數修整個數。和顯示實際位置，光磨延時時間，計數個數等功能。
　
四、工藝要求：
手動：X軸+/-方向、限位+/-，有高/低速度設定（能拾取起點、慢速起點、慢速終點、終點）確認4個點以備自動和半自動時用。

　Z軸+、-方向，有速度設定；
　Y軸+、-方向，有速度設定（Y軸是驅動分度頭360/n,設定數為n）+方向1步、－方向1步、還有按設定度數＋進刀、-進刀；

　　　　　　　　高速段　　低速段　　高速段　　延時Ｔ返回
自動（半自動、全自動）：

　　1、X軸按拾取量+、-各運動1次1小周期　
　　2、Y軸（Y軸是驅動分度頭360/n,設定數為n）+方向運動1步（1/nY軸圓周）1小周期（1/nY軸圓周）1步（n次后要求到達起點，余數等分插補充）
　　3、Z軸（能設定2段1～25步、設定為X步就能設定X個運動量的數據）按各步數據運動該步，1小周期進該步，設定總進刀尺寸，X是百分比，可以平均分配，也可以人工修改。
　　如：1段進刀為4.00mm，步數為10步，就會彈出10個10.00％，結果每刀進0.40mm，如果修其中一步，其后面步結果發生反比變化。2段相同。進完1段就進2段。

五、運動過程描述（工藝過程）

　　　　　　　　　　【半自動運動過程】
　　　　

　　　　　　　　　　【全自動運動過程】
　　　　

六、控制系統簡介：

1、系統的結構框圖如圖1所示，整個系統由三部分組成
(1) 操作部分(人機界面)：用于操作、設置磨削參數、顯示磨床運行狀況、故障報警；
(2) 控制部分(ARM＋FPGA)：主要控制磨床的定位，位置反饋、IO管理；
(3) 執行部分(JaBao QS5 系列伺服電機及伺服驅動器)。
(4) 操作系統：UC/OS實時多任務操作系統。
　　　　

　　　　　　　　　　圖1 系統的結構框圖
2、機械示意圖（略）
　為保護三方知識產權，恕不能在此介紹。

七、結束語：
　　 MC4140的NC定位功能在其中占有重要的地位，只有選擇合適的MNC才能使定位達到預期的效果。筆者已成功將上述方案在實際磨床改造中實現，另筆者使用TP3340控制器產品成功設計出三軸磨面機（磨手表玻璃、寶石專用機床），并將在之后的文章中逐一介紹。

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