以工控機(jī)為核心，應(yīng)用研華三軸運(yùn)動(dòng)控制卡PCL839，研制了一種簡(jiǎn)單易行的涂膠機(jī)伺服控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了檢驗(yàn)，成本低，適應(yīng)性好，取得了顯著的效果。 1 引言 本文根據(jù)基于組件技術(shù)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的原理，結(jié)合某廠涂膠機(jī)床的數(shù)控改造項(xiàng)目，提出了一種簡(jiǎn)易的基于多軸運(yùn)動(dòng)控制卡的伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)在工程實(shí)踐中被證明是切實(shí)可行的，達(dá)到了較好的生產(chǎn)效果。并且，該伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)同類(lèi)機(jī)床的數(shù)控改造具有一定的借鑒意義。 2 涂膠機(jī)的設(shè)計(jì)方案 2.1 涂膠機(jī)的加工對(duì)象及要求 涂膠機(jī)主要用于汽車(chē)車(chē)門(mén)防護(hù)塑層涂膠，在防護(hù)塑層的表面沿著二維線條圖形噴涂密封沾膠。在加工過(guò)程中，膠槍在防護(hù)塑層上勻速運(yùn)動(dòng)，膠從膠槍噴嘴中噴出，以膠帶的形式涂在工件表面的確定位置上，要求噴涂在工件上的膠帶具有均勻一致的截面形狀及尺寸。如圖1所示，圖中模板上的粗黑線即為要求涂上膠帶的區(qū)域。 由于汽車(chē)車(chē)門(mén)隨著汽車(chē)整體設(shè)計(jì)而變化，因此防護(hù)塑層的形狀也不是固定的，需要涂膠機(jī)具有能夠加工不同二維圖形的能力，以適應(yīng)不同的生產(chǎn)需要。 2.2 涂膠機(jī)的設(shè)計(jì)方案 涂膠機(jī)床的工作臺(tái)平面圖如圖2所示。工作臺(tái)實(shí)際要求尺寸為工作臺(tái)面上1300mm（X）×1100 mm（Y）；最大工作速度6m/min；圖形精度0.01mm。涂膠用的膠槍安裝在Y軸上，由電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，使它在工作臺(tái)平面上走出二維圖形軌跡。供膠系統(tǒng)采用專(zhuān)用熱擠膠系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)流量的連續(xù)穩(wěn)定輸送，膠槍的啟閉由涂膠機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制。 涂膠機(jī)床傳動(dòng)方式為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠傳動(dòng)，并且在絲杠的非電機(jī)驅(qū)動(dòng)端采用雙滑塊支撐的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，該結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)傳動(dòng)桿的剛性，減少傳動(dòng)振動(dòng)帶來(lái)的影響，使工作狀況趨于穩(wěn)定，避免出現(xiàn)膠槍抖動(dòng)的現(xiàn)象。另外，為了增強(qiáng)新涂膠機(jī)的市場(chǎng)適應(yīng)能力，減少?gòu)S家的投人，擬增強(qiáng)控制系統(tǒng)的軟件功能，設(shè)計(jì)一個(gè)涂膠圖形代碼輸入接口，使其能夠方便的加工不同的涂膠圖形。 圖1 單涂膠圖形模板 3 伺服控制系統(tǒng)的組成 控制系統(tǒng)采用工控機(jī)結(jié)合研華的PCL839三軸高速運(yùn)動(dòng)控制卡組成，通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)對(duì)膠槍的位置進(jìn)行半閉環(huán)控制。PCL839三軸控制卡可以同時(shí)對(duì)三根軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行獨(dú)立的控制，比較適合應(yīng)用于與本項(xiàng)目類(lèi)似的場(chǎng)合。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)配置原理如圖4所示。工控機(jī)采用通用PC，它作為高端用戶的操作介面和控制中心，主要負(fù)責(zé)控制信號(hào)、狀態(tài)信號(hào)的接收、處理和發(fā)布，并完成必要信息在人機(jī)接口上的顯示；PCL 839控制卡在系統(tǒng)中主要完成以下的功能： （1）利用它的16位數(shù)字輸入/輸出通道，將它作為伺服控制系統(tǒng)中工控機(jī)與系統(tǒng)其他部分之間的通訊橋：負(fù)責(zé)接收各個(gè)軸的狀態(tài)信號(hào)，送到工控機(jī)進(jìn)行綜合處理；接收工控機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的控制信號(hào)，并發(fā)送到各個(gè)指示燈以控制它們的明滅；選擇一些需要顯示的參量信息送至工控機(jī)，在人機(jī)界面上顯示，以在運(yùn)動(dòng)控制的過(guò)程中提供人機(jī)交互的必要信息； （2）接收工控機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的控制信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部譯碼器將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)的頻率和個(gè)數(shù)分別發(fā)送至相應(yīng)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，從而驅(qū)動(dòng)并控制X軸和Y軸的伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸節(jié)帶動(dòng)絲杠分別控制X軸和Y軸，在數(shù)控系統(tǒng)軟件的控制下實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，使膠槍按照設(shè)定圖形軌跡涂膠。 控制系統(tǒng)軟件采用Visual Basic 6.0編程實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)軟件具有兩個(gè)層次，包括主模塊和硬件驅(qū)動(dòng)、界面顯示、讀入涂膠圖形代碼、手動(dòng)工作、自動(dòng)工作、系統(tǒng)報(bào)警等模塊。第一個(gè)層次是硬件的驅(qū)動(dòng)層，它包括硬件驅(qū)動(dòng)模塊和硬件出錯(cuò)報(bào)警等模塊。它主要針對(duì)系統(tǒng)中的硬件，以實(shí)際的硬件設(shè)備為對(duì)象，在系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的多軸運(yùn)動(dòng)控制卡設(shè)定伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的初始狀態(tài)，并在硬件出錯(cuò)的時(shí)候發(fā)出報(bào)警信號(hào)。這個(gè)層次所要達(dá)到的目的，就是使控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備對(duì)于系統(tǒng)“上層”控制軟件來(lái)說(shuō)是透明的，使伺服控制系統(tǒng)具有一定的開(kāi)放性。第二個(gè)層次，也就是系統(tǒng)的上層控制軟件，它負(fù)責(zé)收集機(jī)床硬件系統(tǒng)的各種狀態(tài)信息，及PCL 839各個(gè)I/O口的狀態(tài)，并具體的實(shí)現(xiàn)機(jī)床X、Y軸的各種速度、位置控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)膠槍的控制等，它主要包括主模塊和界面顯示、讀入圖形代碼、手動(dòng)工作、自動(dòng)工作等模塊。該層相對(duì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)具有一定通用性的層次，它只是發(fā)出各種功能控制指令，完成各種信息的綜合處理，而不管系統(tǒng)硬件是如何實(shí)現(xiàn)這些功能的。系統(tǒng)的硬件對(duì)它來(lái)說(shuō)是透明的。 讀入涂膠圖形代碼模塊負(fù)責(zé)讀入數(shù)控代碼，并將其轉(zhuǎn)換成PCL839可以接受的數(shù)據(jù)形式送到該卡。用戶操作的時(shí)候，只需選擇相應(yīng)的數(shù)控代碼文件，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同涂膠圖形的加工，大大提高了新的涂膠機(jī)的生產(chǎn)適應(yīng)能力。 涂膠機(jī)的工作方式有手動(dòng)和自動(dòng)兩種。手動(dòng)方式包括點(diǎn)動(dòng)，步進(jìn)以及回零等，主要用于手動(dòng)調(diào)整涂膠機(jī)膠槍位置。自動(dòng)工作方式包括單側(cè)循環(huán)和負(fù)側(cè)循環(huán)兩種工作方式，是正常生產(chǎn)的時(shí)候采取的工作方式。控制系統(tǒng)軟件自動(dòng)工作方式下的程序流程如圖5所示。 圖2 工作臺(tái)平面示意圖 圖3 雙滑塊結(jié)構(gòu)示意圖 圖4 伺服控制系統(tǒng)硬件配置原理圖 圖5 數(shù)控系統(tǒng)軟件涂膠加工工作流程圖 4 結(jié)論 利用基于運(yùn)動(dòng)控制卡的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)控制原理，選取研華工控的PCL839三軸運(yùn)動(dòng)控制卡，采用工控機(jī)構(gòu)建了一套簡(jiǎn)易的自動(dòng)涂膠機(jī)床伺服控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，實(shí)用性高，適應(yīng)性好。投入實(shí)際生產(chǎn)近四個(gè)月以來(lái)，運(yùn)行狀況良好，消除了以前舊式涂膠機(jī)的一些問(wèn)題，運(yùn)行期間沒(méi)有出現(xiàn)大的故障。原有的涂膠機(jī)涂膠工作時(shí)間為涂大片80s，涂小片45s。改造后的涂膠機(jī)每大片涂膠時(shí)間為54s，小片31s，加上工人放置塑料片件的時(shí)間，可以分別達(dá)到每60s和35s一片，工作效率分別提高了25％和22.2％，取得了顯著的效果，為該廠創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益，基本解決了困擾工廠許久的生產(chǎn)壓力，獲得了良好的效果。這種簡(jiǎn)單而易于實(shí)現(xiàn)的伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)于其他類(lèi)似的產(chǎn)品而言，也具有一定的借鑒意義。