閉環(huán)電火花線切割機/閉環(huán)中走絲線切割機床理念淺析（上） 日前在電火花線切割機/中走絲線切割機床中采用光柵尺閉環(huán)一直是一個系統(tǒng)設(shè)計者想做的事情，但是閉環(huán)在數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計中還有很多需要解決的技術(shù)問題，本文供大家參考。 目前在電火花線切割機/中走絲線切割機床中當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出一個進(jìn)給指令,經(jīng)驅(qū)動電路功率放大,驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)一個角度,再經(jīng)齒輪減速裝置帶動絲杠旋轉(zhuǎn),通過絲杠螺母機構(gòu)轉(zhuǎn)換為機床的直線位移。機床各個軸的移動速度與位移量由輸入脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定。此時機床的信息流是單向的,即進(jìn)給脈沖發(fā)出后,實際移動值不再反饋回來。系統(tǒng)對機床的實際位移量不進(jìn)行監(jiān)測，也不能進(jìn)行誤差校正。因此步進(jìn)電動機的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動誤差都將影響被加工零件的精度。為了提高機床的精度，采用直線電機和位置檢測元件組成閉環(huán)系統(tǒng)。它消除了旋轉(zhuǎn)電機齒輪間隙帶來的誤差，減小了系統(tǒng)的慣性，改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。電機能否定位，取決于位置反饋是否，光柵尺精度高、價位低、性能優(yōu)良、故其成為傳感器，以實現(xiàn)位置信號的反饋。 光柵尺信號輸出頻率很高，如直接給工控機讀取，實時性難以保證，采用高性能工控機雖能實現(xiàn)，但需編制大量程序。設(shè)計光柵尺接口模塊，能實現(xiàn)信號的細(xì)分、辯向、位置的計算與顯示。模塊是獨立工作的，上位機何時需要數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)總線直接讀取即可。既保證控制系統(tǒng)的實時性，提高了系統(tǒng)的反應(yīng)速度。采用的光柵尺分辨率為1µm。 1．光柵尺信號 光柵尺輸出信號是電信號，動尺移動一個柵距，輸出電信號便變化一個周期，它是通過對信號變化周期的測量來測出移動的相對位移。計數(shù)器所計數(shù)乘以光柵距即為直線電機所走的位移。 輸出信號是相位角相差90º時，方向為正，反之為負(fù)。Z信號作為校準(zhǔn)信號以消除累積誤差。 在A信號怕下降沿采集B信號，就可判斷出運動方向。當(dāng)A信號的上升沿及下降沿均比B信號超前1/4W，在A信號下降沿采集的B信號為“1”，此時為正向運動；A信號的上升沿及下降沿均比B信號滯后1/4W，在A信號下降沿采集到的B信號為“0”，此時為反向運動。根據(jù)采集到的運動信號方向和A信號變化的周期數(shù)用計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)（正向計數(shù)或逆向計數(shù)），就可測算出總位移。 2 接口模塊整體結(jié)構(gòu) 光柵尺輸出信號的測量和處理需經(jīng)過：濾波、整流，細(xì)分辨向電路，計數(shù)電路，接口電路，實現(xiàn)與系統(tǒng)總線的交換。接口模塊原理圖見設(shè)備出廠說明書原理圖。 2．1 細(xì)分辨向電路 光柵尺信號的細(xì)分與辨向是提高光柵尺測量精度的關(guān)鍵性一步。光柵辨向和細(xì)分電路的設(shè)計中，有的設(shè)計把辨向和細(xì)分電路分開，辨向電路只對光柵尺的輸出信號進(jìn)行辨向，而不對細(xì)分后的脈沖信號進(jìn)行辨向，這樣實現(xiàn)的測量誤差仍是光柵尺的柵距。在考慮辨向功能時，應(yīng)對細(xì)分后的信號進(jìn)行辨向設(shè)計，否則不能提高測量精度。此處為細(xì)分辨向電路設(shè)計的重點。 以X軸輸出信號為例。光柵尺輸出的相差為90º的方波信號XA和XB，經(jīng)RC濾波和6N137快速光耦，消除輸入信號中尖脈沖帶來的影響，提高系統(tǒng)的抗干擾性能。通過4倍頻電路實現(xiàn)精度的擔(dān)高，原來光柵尺的分辨率為5µm，倍頻后分辨率變?yōu)?/font>1.25µm。譯碼電路為（GAL1.22V10提供時鐘CLK。電機的運動方向由辨向電路來實現(xiàn)。當(dāng)光柵尺正向運動時，從I/O端口輸出脈沖序列PX；當(dāng)光柵尺反向運動時，從I/O端口輸出脈沖序列NX。 2．2 計數(shù)電路 本系統(tǒng)中采用8254實現(xiàn)計數(shù)功能。正反向脈沖PX，NX分別作為計數(shù)器8254的時鐘CLK，輸出信號即為位移的脈沖數(shù)。地址線A0、A1與8254的片選取線一起確定8254的地址。 未完，接上篇 預(yù)了解更多閉環(huán)線切割機床技術(shù)資訊：——蘇州中航長風(fēng)全面提供。 |
