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

    關(guān)鍵詞    發(fā)動機制造 壓銷 數(shù)控機床 Linux

    1.引言

    在發(fā)動機制造過程中，壓銷是一道不可或缺的工序。依據(jù)發(fā)動機種類，銷孔的個數(shù)及位置分布各不相同。傳統(tǒng)壓銷機的核心為一杠桿機構(gòu)，其工作流程如下：（1）將發(fā)動機毛坯裝夾在工作臺上；（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)動絲杠，移動工作臺，將壓銷機壓頭對準(zhǔn)銷釘；（4）利用杠桿，大力將銷釘壓入銷孔。該過程有兩個難點：第一工作臺的精確定位，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)壓銷機壓銷，這兩項指標(biāo)的實現(xiàn)程度與操作人員的操作經(jīng)驗、身體狀況密切相關(guān)，屬于勞動密集型工種。

    鑒于傳統(tǒng)壓銷機的勞動強度，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。

    2.壓銷機的整體設(shè)計

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

    采用這種設(shè)計方案，對于壓銷過程中的兩個難以控制的環(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精度來保證；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間來保證。一旦調(diào)試合格，機床的精度保持性好，并在這兩個關(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

    數(shù)控系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)參見圖2。工控機為數(shù)控系統(tǒng)的核心控制單元，負責(zé)對整個系統(tǒng)的調(diào)度管理，控制位控卡、I/O卡，從而實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的位置控制、離散邏輯控制功能。主機配備了網(wǎng)卡，可以通過局域網(wǎng)與其他主機鏈接實現(xiàn)DNC群控或進行交換數(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，對步進電機進行位置控制，該卡具有自動梯形加減速的功能。機床坐標(biāo)軸的正、負限位開關(guān)以及零位開關(guān)信號直接送入PCL839。工控主機通過直接讀寫PCL839位控卡的寄存器組來實現(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)軸運行的基本特性；可以指令PCL839產(chǎn)生連續(xù)運行、定長度運行脈沖，控制機床零點返回動作等。

    主機計算產(chǎn)生位置指令，寫入PCL839指令寄存器，生成指令脈沖，送往步進電機驅(qū)動器，從而實現(xiàn)機床的位置控制。

    （2）邏輯控制

    工控主機與PW24-24光電隔離輸入輸出卡相配合，實現(xiàn)了內(nèi)置PLC，對來自控制面板的輸入信號進行高速掃描，同時將輸出信號進行隔離、放大后，直接驅(qū)動繼電器，從而實現(xiàn)離散邏輯控制功能^[2]。

    4．?dāng)?shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

    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：人機界面管理、機床手動控制、示教功能、機床自動控制、工件參數(shù)備份等。其中人機界面采用了類Windows的全中文界面，通過通用鍵盤實現(xiàn)對機床結(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝參數(shù)的設(shè)定和修改；在手動控制方式下，可以對機床的坐標(biāo)軸進行點動、原點返回控制，對輸出點進行手動控制；利用示教功能可以記錄手動控制的軌跡，并用來自動控制機床運動；在自動方式下，按照事先設(shè)定的軌跡對工件進行加工。當(dāng)更換工件種類時，可以對已設(shè)定工藝參數(shù)的工件進行備份，以便將來重新取出繼續(xù)使用。

    圖3為自動加工的流程圖。對于各銷孔位置，可以按照工件的設(shè)計尺寸計算出在機床坐標(biāo)系中的位置，直接填入數(shù)控系統(tǒng)提供的表中，從而實現(xiàn)精確定位。

    5.結(jié)論

    在ATHD-030型數(shù)控壓銷機完成安裝及功能調(diào)試之后，采用HP5528A雙頻激光干涉儀對其定位精度和重復(fù)精度進行了檢驗，檢驗結(jié)果表明機床在6m/min運行速度下，按3s 精度計算方法：定位精度12μm，重復(fù)精度25μm，很好地達到了機床的設(shè)計要求。

    在長達一個月的試用期間，機床運行穩(wěn)定可靠，控制精度高，平均每分鐘加工一個工件。在更換產(chǎn)品時，只需要重新設(shè)定銷孔位置即可，不需對操作人員重新進行培訓(xùn)。完全能夠適應(yīng)多品種、大批量、供貨周期短的工程實際需要。

參考文獻

    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    單片機接口技術(shù)及在工業(yè)控制中的應(yīng)用    陜西電子編輯部。