数控绕套机的全自动控制原理

数控绕套机的全自动控制原理范春荣西安市西北机器有限公司设计研究所，710119摘要本文通过对钢丝螺套全自动绕制过程的简介，着重论述了绕套机设备各主要组成部分的驱动原理以及工业数控机CNC六轴电脑控制器控制多个交流伺服电机的应用方法。关键词钢丝螺套全自动数控交流伺服电机中图分类号TP2714文献标识码B文章编号10040420201102001302C送线速度77116M/MIN0前言钢丝螺套WIRETHREADINSERT是一种新型内螺纹D气动磨模机，空转时12000R/MIN，负载时约为9000R/MIN该设备生产的钢丝螺套应满足国家军用标准GJB1191486普通型钢丝螺套技术条件，航空工业行业标准HB6200620289锁紧型钢丝螺套技术条件和Q/WS9201220141997涡扇九发动机专用钢丝螺套技术条件E送线指令值001MM999999MMF凸轮转角指令013599。紧固件，将其嵌入金属或非金属材料上形成高强度、耐磨损、具有互换性的标准内螺纹。在铝、镁合金等低强度工程材料上应用可明显提高内螺纹的强度和耐磨性。应用在钢件、铸件、铸铁上可以提高螺钉的耐用性，防止由于各种振动引起螺钉松动，疲劳断裂及提高螺钉连接时的耐疲劳强度在出现螺纹加工错误或对已损坏的内螺孔修复时，使用钢丝螺套使重要部件快速有效的修复到原始状态利用钢丝螺套进行公英制螺纹孔转换非常方便、快捷锁紧型钢丝螺套，其多边形锁紧圈能把螺钉锁紧在螺纹孔中，在受振动和冲击时，可使螺钉不致松扣，比通常锁紧装置工艺性好。钢丝螺套被广泛应用于汽车、航空、航天、专用设备等行业。目前，国内钢丝螺套制造业要绕制一个钢丝螺套，需绕制一个成型螺套，再经过人工去除尾柄，然后在专用刀具上开90V型折断槽。这对大型钢丝螺套来说还容易，但对M2M6这样小型的钢丝螺套，操作起来比较困难，这种半自动化的生产方式，已不能适应市场的需求，所以全自动数控绕套机的生产很必要。J66510/ZF型数控全自动绕套机能一次完成公、英制钢丝螺套的绕制成型包括绕成螺套的安装柄，开折断槽，去尾柄的加工全过程，并能绕制带自锁圈的钢丝螺套。2数控绕套机的工作原理根据所绕制钢丝螺套的规格，选用配套的前导咀、送丝轮、中间导板、导丝管和导丝嘴它们都刻有相应规格的菱形槽子，把它们安装在各自的位置上。菱形钢丝从放线架上引出，通过校直机构校直后，经导线板、送线轮、导丝管，穿过导丝嘴，气动离合送丝机构的气缸前进，使送丝轮压紧菱形钢丝，送丝电机旋转送丝，与此同时，凸轮轴电机旋转，通过各自的凸轮驱动装在滑块上的引线轮，浮动顶尖同步动作到位。送丝到位后，送丝气缸后退使送丝轮松开菱形钢丝，停止送丝，升降电机下降，待芯轴前端卡入菱形丝后，卷绕电机开始旋转，绕套时，升降电机、卷绕电机依据所绕钢丝螺套的规格，按一定的比例关系同步旋转，绕至152圈时停止圈绕，开槽机构前进，气动磨膜机带动切槽刀高速旋转，到位后，开折断槽。开槽成功后，开槽机构退回，随后又开始卷绕，绕至设定的圈数后，升降，圈绕电机开始反转，使芯轴退出螺套，接着，气动离合送丝机构的气缸又前进，使送丝轮压紧菱形钢丝，送丝电机反转，使钢丝螺套的尾柄部分退回到导丝嘴的出口处，切断刀上前切断。此时一个螺套的完整绕制过程完成。该设备具有寸动，手动，自动三档，设备1主要技术参数A加工钢丝螺套范围按螺距分P04MM20MM，按螺纹分M2M16B生产效率8件/MIN以上与绕制的螺套规格有关机床电器20112数控数显数控绕套机的全自动控制原理调试好后，程序可以储存到电脑中。自动运行时，首先要做凸轮电机和升降电机的归零，然后开始自动绕制钢丝螺套。绕套机的整机如图1所示34凸轮机构用25KW的日本三洋公司交流电机通过齿轮传动驱动八个轮轴传动。轮轴上带有三种不同的凸轮片，调整凸轮片位置，通过摆臂依次驱动八个滑块运动，带动装在其上的各刀具实现不同的功能。35升降卷绕机构用04KW的日本三洋公司交流伺服电机通过滚珠丝杠带动卷绕装置上、下运动，其运动用日本THK直线导轨来导向，以保证了精度。卷绕装置通过04KW的交流伺服电机来驱动卷绕主轴旋转，卷绕主轴上装有绕套轴芯，为更换轴芯方便，用铣床上的弹簧夹头来装夹绕套芯轴，保证了芯轴与主轴的同轴度，从而保证了绕套质量。36气动开槽机构用日本东空公司的气动磨膜机带动开槽刀片旋转，开钢丝螺套上的90V型折断槽。该设备中电脑控制器的工作原理如图2所示图1绕套机外形图3本机主要组成部分该设备主要由主动放线架、矫直机构、气动离合送丝机构、转芯机构、凸轮轴机构、升降卷绕机构、浮动顶尖装置、气动开槽机构、引线轮装置、滑块杠杆机构、气动系统、润滑系统、电气系统等部分组成。31主动放线架放线架为主动送丝，控制原理是通过美国KLC直流控制器直接控制直流电机，支架上装有上、下限位传感器，运行中菱形丝拉动摆杆，接触传感器、电控信号通过继电器转换接入直流控制器输入口，以控制电机的起停。放线速度与主机速度的匹配，可通过面板上的调速旋钮调节。32气动离合送丝机构气动离合送丝机构只送螺套的前端折弯部分，待卷绕螺套时，卷绕的动力来自卷绕电机，此气动离合送丝机构的气缸后退使送丝轮松开菱形钢丝，使菱形钢丝处于自由状态，停止送丝。待卷绕好钢丝螺套后，气动离合送丝机构的气缸前进使送丝轮压紧菱形钢丝，以便当送丝电机旋转时，使钢丝螺套尾柄后退至导丝嘴处，切断刀上前切断。33转心机构用075KW的日本三洋公司交流伺服电机，通过齿轮传动来驱动导丝嘴的旋转，实现绕制左、右旋转钢丝螺套。14图2控制器原理框图本设备中所使用的六轴数控电脑机即CNC控制器，内有CPU控制板、伺服控制板、输出/输入界面和控制板等。各伺服驱动器采用位置控制模式，驱动脉冲信号通过CNC数控机伺服控制板的输入接口板M2039，控制驱动各伺服电机的运行。CNC电脑数控机自身键盘带有各轴命令，通过键盘输入命令，在数控机内转换为伺服脉冲信号，通过M2039板卡输出到各驱动器，从而控制相应的轴电机。同时数控机带有气缸输出口，通过M2019板卡控制各气缸的动作。本设备中所使用的六轴数控电脑机即CNC控制器是针对绕簧所设计的控制器，通过键盘可控制程序更新或储存钢丝螺套加工程序，系统软件更新及信息输出可通过电脑机外围接口下载或打印。下转第21页数控数显三菱CNC伺服系统故障诊断及排除机床电器20112码器的检测部件，所以造成了编码器故障。求，由于电缆线太细，电缆过长，造成电源电压压降过大，以致编码器工作电压不足，所以编码器不能正常工作，造成系统报警。93处理按编码器电缆制作要求将3根05MM2线绞合并联制作电源线，故障消除并且没有再发生。这种现象在使用三菱通用伺服系统MRJ2S，MRJ3S也出现同样故障，按同样方式可解决。83判断系统内有强电通过。这印证了工厂维修人员反映发生故障后，打开机柜，闻到一股电气烧糊味道的情况。仔细查看电气柜并询问工厂维修人员，证实电柜的地线与零线相连。而在三菱CNC是禁止地线接到零线上的。可以判定有强电通过零线进入到CNC系统。84处置A要求客户正确连接地线B更换两台编码器后系统恢复正常，CNC系统未出现报警。10案例10101故障现象数控车床加工端面时，表面出现周期性波纹三菱E60系统数控车床，在加工端面时，表面出现周期性波纹。9案例991故障现象三菱C64系统发生“S010018报警”客户的大型工作机械，采用三菱C64系统，其伺服电机与伺服驱动器之间距离超过20M，系统经常出现内部报警，不能正常工作。而同一台设备另外几套伺服系统却不发生报警，其差别在于伺服电机与伺服驱动器之间距离小于10M。102分析与处理数控车床端面加工时，表面出现振纹的原因很多，在机械方面如刀具、丝杠、主轴等部件的安装不良、机床的精度不足等都可能产生以上问题。因该故障周期性出现有一定规律性，一般应与主轴的位置反馈系统有关，但仔细检查机床主轴各部分，并未发现任何问题。仔细观察振纹与X轴的丝杠螺距相对应，因此对X轴进行了检查。其结构是伺服电机与滚珠丝杠间通过齿形带进行联接，位置反馈编码器采用的是分离型布置。检查发现X轴的分离式编码器安装位置与丝杠不同心，即编码器轴心线与丝杠中心不在同一直线上，从而造成了X轴移动过程中的编码器的旋转不均匀，反应到加工中，则出现周期性波纹。重新安装、调整编码器后，机床恢复正常。收稿日期2010121592分析与判断由于同一台设备的伺服系统型号相同，其差别在于伺服电机与伺服驱动器之间距离不同，分析是编码器电缆制作有问题，仔细检查编码器电缆制作图，当电缆长度大于15M时，其制作方法与小于15M时有所不同，在电缆长度大于15M时，要求对电源线实行3根线并联绞合，而且要求每条电线粗05MM2。检查客户实际制作的电缆，电源线只用了1根012MM2的电线，这当然不符合编码器电缆制作要上接第14页由于本机的操作语言不同于一般通用设备，它的特点是一条语句就可以完成一个动作。编制可绕制任意电机的运行程序，机床上附带有与电脑连接的感应探针，可随时修正送丝长度与各轴旋转角度的误差，对任一轴系统出现的故障时电脑报警，整机系统停止工作，这时用户可在监控