閉環(huán)電火花線切割機(jī)/閉環(huán)中走絲線切割機(jī)床理念淺析（上） 日前在電火花線切割機(jī)/中走絲線切割機(jī)床中采用光柵尺閉環(huán)一直是一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者想做的事情，但是閉環(huán)在數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還有很多需要解決的技術(shù)問(wèn)題，本文供大家參考。 目前在電火花線切割機(jī)/中走絲線切割機(jī)床中當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)進(jìn)給指令,經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路功率放大,驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度,再經(jīng)齒輪減速裝置帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn),通過(guò)絲杠螺母機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為機(jī)床的直線位移。機(jī)床各個(gè)軸的移動(dòng)速度與位移量由輸入脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定。此時(shí)機(jī)床的信息流是單向的,即進(jìn)給脈沖發(fā)出后,實(shí)際移動(dòng)值不再反饋回來(lái)。系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的實(shí)際位移量不進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也不能進(jìn)行誤差校正。因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動(dòng)誤差都將影響被加工零件的精度。為了提高機(jī)床的精度，采用直線電機(jī)和位置檢測(cè)元件組成閉環(huán)系統(tǒng)。它消除了旋轉(zhuǎn)電機(jī)齒輪間隙帶來(lái)的誤差，減小了系統(tǒng)的慣性，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。電機(jī)能否定位，取決于位置反饋是否，光柵尺精度高、價(jià)位低、性能優(yōu)良、故其成為傳感器，以實(shí)現(xiàn)位置信號(hào)的反饋。 光柵尺信號(hào)輸出頻率很高，如直接給工控機(jī)讀取，實(shí)時(shí)性難以保證，采用高性能工控機(jī)雖能實(shí)現(xiàn)，但需編制大量程序。設(shè)計(jì)光柵尺接口模塊，能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的細(xì)分、辯向、位置的計(jì)算與顯示。模塊是獨(dú)立工作的，上位機(jī)何時(shí)需要數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)總線直接讀取即可。既保證控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(hào) 光柵尺輸出信號(hào)是電信號(hào)，動(dòng)尺移動(dòng)一個(gè)柵距，輸出電信號(hào)便變化一個(gè)周期，它是通過(guò)對(duì)信號(hào)變化周期的測(cè)量來(lái)測(cè)出移動(dòng)的相對(duì)位移。計(jì)數(shù)器所計(jì)數(shù)乘以光柵距即為直線電機(jī)所走的位移。 輸出信號(hào)是相位角相差90º時(shí)，方向?yàn)檎粗疄樨?fù)。Z信號(hào)作為校準(zhǔn)信號(hào)以消除累積誤差。 在A信號(hào)怕下降沿采集B信號(hào)，就可判斷出運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)A信號(hào)的上升沿及下降沿均比B信號(hào)超前1/4W，在A信號(hào)下降沿采集的B信號(hào)為“1”，此時(shí)為正向運(yùn)動(dòng)；A信號(hào)的上升沿及下降沿均比B信號(hào)滯后1/4W，在A信號(hào)下降沿采集到的B信號(hào)為“0”，此時(shí)為反向運(yùn)動(dòng)。根據(jù)采集到的運(yùn)動(dòng)信號(hào)方向和A信號(hào)變化的周期數(shù)用計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)（正向計(jì)數(shù)或逆向計(jì)數(shù)），就可測(cè)算出總位移。 2 接口模塊整體結(jié)構(gòu) 光柵尺輸出信號(hào)的測(cè)量和處理需經(jīng)過(guò)：濾波、整流，細(xì)分辨向電路，計(jì)數(shù)電路，接口電路，實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)總線的交換。接口模塊原理圖見(jiàn)設(shè)備出廠說(shuō)明書(shū)原理圖。 2．1 細(xì)分辨向電路 光柵尺信號(hào)的細(xì)分與辨向是提高光柵尺測(cè)量精度的關(guān)鍵性一步。光柵辨向和細(xì)分電路的設(shè)計(jì)中，有的設(shè)計(jì)把辨向和細(xì)分電路分開(kāi)，辨向電路只對(duì)光柵尺的輸出信號(hào)進(jìn)行辨向，而不對(duì)細(xì)分后的脈沖信號(hào)進(jìn)行辨向，這樣實(shí)現(xiàn)的測(cè)量誤差仍是光柵尺的柵距。在考慮辨向功能時(shí)，應(yīng)對(duì)細(xì)分后的信號(hào)進(jìn)行辨向設(shè)計(jì)，否則不能提高測(cè)量精度。此處為細(xì)分辨向電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 以X軸輸出信號(hào)為例。光柵尺輸出的相差為90º的方波信號(hào)XA和XB，經(jīng)RC濾波和6N137快速光耦，消除輸入信號(hào)中尖脈沖帶來(lái)的影響，提高系統(tǒng)的抗干擾性能。通過(guò)4倍頻電路實(shí)現(xiàn)精度的擔(dān)高，原來(lái)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(shí)鐘CLK。電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向由辨向電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)光柵尺正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，從I/O端口輸出脈沖序列PX；當(dāng)光柵尺反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，從I/O端口輸出脈沖序列NX。 2．2 計(jì)數(shù)電路 本系統(tǒng)中采用8254實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。正反向脈沖PX，NX分別作為計(jì)數(shù)器8254的時(shí)鐘CLK，輸出信號(hào)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(jī)床技術(shù)資訊：——蘇州中航長(zhǎng)風(fēng)全面提供。 |
