1 Estado actual del sistema de alimentación del punzonador CNC
1.1 Tipos de sistemas de alimentación existentes
El sistema de alimentación de la punzonadora CNC es un producto de integración electromecánica, incluyendo la parte mecánica, la parte de control, la fuente de alimentación, la parte de detección y el actuador. Según la forma estructural del sistema de control y los diferentes controladores, los sistemas de alimentación automática existentes se pueden dividir aproximadamente en las siguientes categorías:
1) Sistema CNC especial. En el extranjero, existen sistemas CNC de Fanuc, Siemens y otros productos nacionales, incluidos los sistemas CNC de Wuhan, Huazhong y Guangzhou. El sistema CNC especial tiene las ventajas de una alta precisión de control, una gran capacidad de programación, una alta confiabilidad del sistema y múltiples funciones. Pero para la punzonadora, debido a que es un control punto a punto, el control es relativamente simple. Si se elige un sistema especial caro, sin duda será un desperdicio de recursos, y su control puede no tener ventajas para alimentar dispositivos con significados específicos.
2) Control de relés. La característica obvia del control lógico de relé es su bajo costo, pero también tiene desventajas obvias, porque en los equipos de producción modernos, a menudo hay una gran cantidad de dispositivos de control de interruptores, digitalizadores, pulsos y analógicos, como arranque y parada de motores, solenoides. apertura y cierre de válvulas, conteo de productos, etc. Este esquema de control tiene conexiones complejas, gran volumen y alto consumo de energía. Una vez construido un sistema, es difícil cambiarlo o agregarle funcionalidades. Además, el número de contactos de relé es limitado y la flexibilidad y escalabilidad son escasas. En segundo lugar, en términos de velocidad de control, la lógica de control del relé se basa en la acción mecánica de los contactos para lograr el control. La frecuencia de trabajo es baja, la velocidad de control natural es muy lenta, los contactos mecánicos también vibrarán y el trabajo es inestable. .
3) Control por microcontrolador. La microcomputadora de un solo chip tiene las ventajas de una estructura simple, fácil uso y bajo precio. Es mejor en cálculo y procesamiento de datos. Generalmente se usa más ampliamente en la recopilación de datos y el control de la sala de control central, y está completamente controlado por una microcomputadora de un solo chip. En particular, la consola de movimiento también está controlada directamente por el microcontrolador. De este modo la carga del microcontrolador es especialmente pesada. Además, el campo electromagnético en el sitio industrial es igual a la señal de interferencia, lo que causará fuertes interferencias al microcontrolador. Por lo tanto, el uso de un microcontrolador para obtener el control in situ para el procesamiento antiinterferencias también es una cuestión que debemos considerar.
4) Control PLC. Este es también el método de control comúnmente utilizado en los sistemas de alimentación automática en la actualidad. El esquema es simple, el rango de selección de hardware es amplio, la programación del software es fácil y la depuración generalmente no causa problemas graves. Sin embargo, esta solución también tiene algunas deficiencias inevitables, como una flexibilidad relativamente pobre para aplicaciones específicas, y a menudo se desperdician algunos detalles técnicos. muy complicado. Difícil de lograr.
1.2 Actuador
En los sistemas de alimentación automática existentes, los motores paso a paso se utilizan ampliamente como actuadores de accionamiento. Los sistemas CNC de bucle abierto que constan de motores paso a paso y circuitos de accionamiento son sencillos, económicos y muy fiables. Sin embargo, los motores paso a paso no pueden utilizar directamente energía de CA y CC, su propio ruido y vibración son grandes y su capacidad para transportar cargas de inercia es pobre. Además, se producen fenómenos de oscilación y desfase y la precisión del control no es alta. Si no se controla adecuadamente, es fácil producir * * * vibraciones y será difícil alcanzar velocidades más altas.
2. Plan de mejora
Con el desarrollo de la industria de estampado de mi país, el rendimiento de los equipos de estampado ha estado en línea con el mundo y el grado de automatización de la producción de estampado ha sido el mismo. Esto ha generado dudas sobre la tecnología de alimentación en la producción de estampado para cumplir con los requisitos cada vez más altos de adaptación a los equipos de estampado.
2.1 Sistema integrado de vibración de punzonado CNC
En vista de algunas deficiencias del actual sistema de alimentación automática, se propone un sistema integrado de alimentación de punzón CNC basado en ARM. En términos generales, los sistemas informáticos integrados tienen las siguientes ventajas:
1) Especificidad. Los sistemas integrados suelen estar orientados a aplicaciones, por lo que las CPU integradas están diseñadas principalmente para grupos de usuarios específicos y suelen presentar un bajo consumo de energía, un tamaño pequeño y una alta integración.
2) Respuesta en tiempo real. Según la definición de sistema integrado, se utiliza en el enlace de procesamiento central de un proceso, cumple con los requisitos de límite de tiempo del proceso y, naturalmente, tiene características de procesamiento en tiempo real.
3) Robusto y fiable. La mayoría de los usuarios de productos integrados no son profesionales de la informática y las condiciones ambientales son duras. Su robustez y fiabilidad son necesarias para este tipo de producto.
2.2 Selección del servomotor
Este sistema utiliza motores lineales para accionar la alimentación del eje X y del eje Y. En el sistema de alimentación de la máquina herramienta, la mayor diferencia entre el motor lineal y el motor rotativo original es que se eliminan todos los enlaces intermedios mecánicos desde el motor al banco de trabajo (daga) y se acorta la longitud de la cadena de transmisión de alimentación de la máquina herramienta. a cero (esta transmisión El método se llama "transmisión cero"). Este modo de "conducción cero" aporta indicadores de rendimiento y ventajas que no se pueden lograr con el modo de accionamiento del motor giratorio original.
1) Respuesta de alta velocidad. Dado que algunos componentes de transmisión mecánica con grandes constantes de tiempo de respuesta (como los tornillos) se eliminan directamente del sistema, el rendimiento de respuesta dinámica de todo el sistema de control de circuito cerrado mejora enormemente y la respuesta es extremadamente sensible y rápida.
2) Alta precisión. El sistema de accionamiento lineal compensa los espacios de transmisión y los errores causados por mecanismos mecánicos como tornillos, y reduce los errores de seguimiento causados por el retraso del sistema de transmisión durante el movimiento de interpolación. Mediante el control de retroalimentación de la detección de posición lineal, se puede mejorar enormemente la precisión de posicionamiento de la máquina herramienta.
3) Elevada rigidez de transmisión. Gracias al uso de "transmisión directa", se evita el retraso del movimiento causado por la deformación elástica, la fricción y el desgaste, y el juego en los eslabones de transmisión intermedios durante el arranque, el cambio de velocidad y la inversión, y también se mejora la rigidez de la transmisión.
4) La velocidad es rápida y el proceso de aceleración y desaceleración es corto. Cuando se utilizan motores lineales para accionamientos de avance de máquinas herramienta, alcanzar la velocidad de avance máxima (60-100 m/min o superior) de su corte de velocidad ultraalta no es el mismo problema. Debido a la capacidad de respuesta a alta velocidad del "propulsor cero" mencionado anteriormente, el proceso de aceleración y desaceleración se acorta considerablemente. Puede alcanzar una alta velocidad en el momento del arranque y detenerse en el momento de la operación a alta velocidad. Se puede obtener una mayor aceleración, que generalmente alcanza entre 2 y 10 g. La aceleración máxima de la transmisión por husillo de bolas es generalmente de solo 0,1-0,5 g.
5) La longitud de la carrera no está limitada. Al conectar el motor lineal en serie al carril guía, la longitud de carrera se puede ampliar infinitamente.
6) El movimiento es silencioso y el ruido es bajo. Dado que se cancela la fricción mecánica de componentes como el tornillo de transmisión y el riel guía puede ser un riel guía rodante o un riel guía de suspensión de almohadilla magnética (sin contacto mecánico), el ruido durante el movimiento se reducirá considerablemente.
7) Alta eficiencia. Como no hay enlaces de transmisión intermedios, se elimina la pérdida de energía causada por la fricción mecánica y la eficiencia de la transmisión mejora considerablemente.
Diseño de hardware puro de la serie 2.3
El diagrama de bloques de la estructura de hardware del sistema mejorado se muestra en la Figura 1. La computadora superior es una PC, que se comunica con la computadora inferior ARM a través del puerto serie , y la computadora inferior controla la pantalla táctil y los motores lineales.
La parte de control utiliza el microprocesador S3C2410 de bajo costo, alto rendimiento y bajo consumo como controlador central. Es un procesador de arquitectura RISC de 32 bits de bajo costo, alto rendimiento y bajo consumo. Su frecuencia principal es de 200MHz, incluyendo 1 controlador LCD (admite STN y pantalla LCD 'rFT con pantalla táctil), controlador SDRAM, ART de 3 vías, DMA de 4 vías, 4 temporizadores con función PWM, 1 reloj interno, 65438 de 8 vías . La integración del proveedor S3C24J O simplifica el diseño de hardware del sistema de aplicación y mejora la confiabilidad y estabilidad del sistema de aplicación.
La parte de operación utiliza una pantalla táctil como unidad operativa. La interacción persona-computadora es intuitiva y conveniente, la interfaz es amigable y la operación es simple. Realiza operaciones automáticas, manuales, de inicio, parada y otras operaciones de alimentación y configuración. de algunos parámetros del sistema. Para la parte móvil, los ejes X e Y utilizan servomotores lineales con núcleo de hierro de la serie DDL de Kollmorgen. El estator del motor adopta una estructura en forma de U y el rotor adopta un diseño de núcleo de hierro. El motor lineal tiene una estructura simple y un funcionamiento seguro y confiable. Al mismo tiempo, omite los enlaces mecánicos intermedios y tiene una alta precisión de posicionamiento. El componente de detección de posición utiliza una regla de rejilla, que tiene una alta precisión de detección. Todo el sistema adopta un control de circuito cerrado, lo que mejora enormemente la precisión del sistema.
2.4 Diseño del software del sistema
El software del sistema incluye principalmente software de computadora superior y software de computadora inferior, como se muestra en la Figura 2. El software de la computadora host es el principal responsable de la generación, traducción del código NC y la comunicación con la computadora inferior y otras PC. El software informático inferior incluye principalmente cinco módulos: módulo de control básico, módulo de comunicación de datos, módulo de control de movimiento, módulo de interacción persona-computadora y módulo de procesamiento de transacciones.
En todo el sistema de software, el software informático inferior es el núcleo de todo el sistema. Elegimos el sistema operativo Linux en tiempo real con código fuente abierto, buena portabilidad y fácil aprendizaje como entorno de ejecución del software, completamos la gestión y programación de cinco módulos de tareas e implementamos las funciones del sistema de alimentación en combinación con el equipo de hardware del sistema. . El módulo de control básico gestiona algunas operaciones básicas del sistema, incluida la gestión de controladores de dispositivos y la gestión de la configuración de inicialización del hardware del sistema. El módulo de comunicación de datos es responsable de la recepción de datos y el procesamiento apropiado de datos; el módulo de control de movimiento incluye operaciones de interpolación, control de aceleración y desaceleración del motor y control de posición, que es el núcleo del control del sistema; el módulo de interacción persona-computadora incluye una pantalla de cristal líquido y; Entrada de pantalla táctil. El diseño de la interfaz de este artículo utiliza Qt/Embedded. , una herramienta de desarrollo de biblioteca de gráficos integrada basada en Qt, es un marco de biblioteca de gráficos entre las aplicaciones del usuario y el kernel. Para garantizar la integridad del sistema, se configura un módulo de procesamiento de transacciones para gestionar alarmas y algunas transacciones anormales.
La comunicación y programación entre los cinco módulos se completan bajo la gestión del sistema operativo. Cada módulo se define como una tarea específica en el sistema, a menudo denominada modo de subproceso o modo de proceso. La función del sistema operativo integrado es decidir qué proceso debe ejecutar el sistema en un momento particular. Hay tres estados de procesos en los sistemas generales: estado en ejecución, estado listo y estado en espera. El cambio entre estos estados se completa a través del mecanismo de mensajes proporcionado por el sistema operativo, como buzones de correo, semáforos, colas de mensajes, etc. No existe otro acoplamiento entre módulos. Si necesita aumentar o disminuir las funciones del sistema, puede hacer que el sistema sea multifuncional y diversificado agregando o eliminando módulos en las tareas correspondientes, haciendo que el sistema sea abierto y escalable.
3 Conclusión
Este artículo analiza el estado actual del sistema de alimentación de punzonado CNC existente desde los aspectos del controlador y el servoaccionamiento, y propone una solución a las deficiencias de estos sistemas de alimentación. Una solución de sistema integrado basada en ARM. El uso de motores lineales como motores de control de los ejes X e Y ahorra recursos humanos y materias primas, mejora la confiabilidad y mejora en gran medida la precisión y la modernización del control.