利用中達CNC數控系統強大的軸控功能和臺達伺服系統快速精準的運動響應，使繞線機的工作效率得到了很大的提高。本文主要介紹了數控定子繞線機功能的需求，以及系統操作界面和I/O的規劃。 1 前言 目前繞線機的市場可謂龐大，品種繁多，有平行繞線機、環型繞線機、定轉子繞線機、紡織繞線機等。本文主要介紹的是利用中達CNC數控系統和伺服產品構建出的設備：數控定子繞線機。他的最大特點是可以自動變換繞線方向，所繞的線圈整齊且圈數準確。操作簡便，節省人工，提高產量，產品品質好，其繞線、排線、停車、換槽，完全按程序自動執行。排線寬幅可調，圈數準確。生產速度快，并大量節省線材。下面概述如何利用中達的數控和臺達的伺服整合此方案。 2 技術和精度要求 客戶原用PLC+伺服控制整臺設備，因其加工出來的產品的合格率較低，且一些功能無法實現，滿足不了市場上需求，故提出開發數控定子繞線機，并且需要控制系統和伺服滿足如下條件： 2.1 伺服運動軸 在機械上，需要三軸的控制坐標系。其中，排線X軸采用伺服電機直接驅動螺距為4mm的滾珠絲杠，在連接工作臺做直線運動；飛叉Y軸采用伺服電機驅動1:2的齒輪箱間接傳動，做360度的圓周運動；分度Z軸采用伺服電機驅動1:9的齒輪箱間接傳動，做360度的圓周運動。這3個軸要求能夠聯動。 此外，對于飛叉軸來說，由于在運動過程中，機械負載慣量會因為繞線的速度的不同而發生較大的變化，這就要求伺服系統具有優異的穩定性、相應性和對負載變化自適應能力。 2.2 精度要求 機械回零精度 ：排線軸0.005mm 飛叉軸+/-1度 分度軸+/-1度 定位精度：0.02mm +/-1度 要求控制系統和伺服系統能夠具有檢測反饋，來保證機械運動精度。 2.3 CNC控制系統 因定子繞線機不僅講究繞的匝數要準確，而且排線出來的密度要均勻，即最少需要兩軸之間做插補運算，實現聯動；畫面可以自由規劃；要給客戶方便傳輸加工程序，并且可以對NC程序編輯和存儲；控制系統要提供一個D/A口，實現恒張力控制功能。 另外，客戶希望數控系統再開放一個軸，以備后用。 3 方案可行性分析 通過對機械設計和控制技術的要求分析，確定采用一臺中達電通通用的四軸H4-4上位機控制系統+3套臺達B系列交流伺服ASD-B做下位機控制的控制架構。 具體分析如下： 3.1 中達電通通用數控H4的主要特點 （1） 獨立的伺服接口，可以實現多軸聯動。 （2） 電壓命令型（V-Comnand）伺服接口，最小解析精度0.001mm，可配合光柵尺或旋轉編碼器實現閉環、半閉環控制，能夠滿足精度要求。 （3） 最大響應速度500KPPS編碼器反饋，能夠滿足快速定位的要求。 （4） 控制器內存512K的存儲空間，可存儲1000個NC加工程序，配合標準的CNC鍵盤可以輕松的編寫加工程序。 （5） 通過CNC簡易I/O控制命令和內制PLC開發，能夠靈活的實現輔助機能。 （6） 內置可編程PLC，標準配置為24INPUT/16OUTPUT，最大可以在增加32INPUT/32OUTPUT。 （7） 2組D/A輸出，2組A/D輸入，完全可以滿足實現恒張力的控制要求。通過比較分析，完全可以滿足做為上位機的控制要求。 3.2 臺達交流伺服系統的主要特點 （1） 具有多種控制模式，可與上位控制器靈活配合，應用廣泛。 （2） 具有位置P-CURVE和速度S-CURVE功能。 （3） 強健式的控制模式，在負載慣量大范圍的變化時，系統仍然可以保持優異的性能。 （4） 豐富的軟件功能，方便用戶調試。 通過比較分析，臺達交流伺服系統完全可以滿足做為下位機的控制要求。通過對機械結構、負載慣量、輸出扭矩的分析計算，故選用：ASDB 400W＊1顆、ASDB 750W＊2顆做為下位控制器。 4 功能設計 4.1 系統架構（如圖2） 4.2 外觀和功能需求 繞線機具有尋原點、點動模式、單次模式、自動模式、編程模式、參數設定、測試輸出點功能等多項功能。 （1） 系統操作界面規劃 操作界面主要分為以下幾個功能區塊： 開機畫面如圖3： 系統在上電后，進入此畫面。此時為待機狀態，畫面的最下一排是功能顯示區。 原點模式如圖4： 當畫面在原點模式下，分別按下X、Y、Z功能鍵，在按下啟動鍵。 可以順次執行回原點；或者可以按下X&Y&Z功能鍵，在按下啟動鍵三軸同時回原點。 手動模式如圖5： 到進入手動模式后，可以分別按下X、Y、Z三軸按鍵，在按下可以實現前后移動或正反轉。速度值的大小可以設定。 自動模式如圖6： 在自動模式下，當程式正在運行時，可以觀察到目前的各軸的行進情況，目前的加工程式號，參數組別號，當前加工至第幾極，以及完成一個工件所需時間。并且可以根據自己的需要，可以實現程式暫停、單步執行。 報警畫面如圖7： 當出現報警故障出現時，系統會自動停止運行，并且畫面會進入到報警畫面，故障警號會反白顯示出來。只有當把故障排除后，才可以執行其他動作。 設參數功能如圖8： 在此功能下，客戶會根據實際的工件需要設置相應的參數，并且保存于當前的參數組別下，共可以保存12個工件參數，有6頁畫面的參數可設。客戶也可以根據自己的需要，將參數讀出來。 （2） 重要功能的實現 急停： 當設備在使用時，出現任何問題時，按下急停，即可阻止危險動作的發生。松開急停后，系統會按規定的動作程序執行歸位。圖9為動作流程圖。 程序見主控制程式。如圖10 讀、寫參數功能的實現： 客戶可根據實際工件規格要求設置相應的參數，并將參數儲存于控制器中，目前開放了12個工件參數，同時方便客戶直接讀參數。程序見主控制程式。 極繞與層繞功能的實現： 不同的工件要求不同的繞制方式，目前有兩種:極繞和層繞。極繞根據每個極的總匝數，實現自動排線，自動分層，直至繞制完成。層繞要求每個層的匝數可設，根據總匝數分成好多層，一般線徑較粗的用此方式加工。程序見主控制程式。 工件程式的編制： 由于每個工件的極數，繞制方式，以及每個汽缸的動作順序都有可能不一樣，所以要求可以用G代碼編寫出來，這樣從而可以節省不必要的環節，大量節約時間。工件程式的存儲個數可以達到900多個，完全可以滿足所有工件形式的加工。 4.3 I/O點規劃及接線（如圖11、12、13） 4.4 主控制程式 00000（JR1） N01 G65 L01 P#160 A1 N05 G04 X2.2 G65 L50 G65 L82 P10 A#168 B1 G12 P13 G65 L80 P20 N10 G12 P14 N20 M104 G12 P15 M98 P700 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 M210 G01 X#5 F8000 G12 P12 M98 P801 G04 X1.0 M98 P800 M209 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 M210 G01 X#5 F8000 G12 P12 M98 P801 G04 X1.0 M98 P800 M209 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 M210 G01 X#5 F8000 G12 P12 M98 P801 G04 X1.0 • • M98 P800 M209 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 M210 G01 X#5 F8000 G12 P12 M98 P801 M98 P301 M30 00001（CR1） N01 G65 L01 P#160 A1 N05 G04 X3.0 G65 L50 G65 L82 P10 A#168 B1 G12 P13 B500 G65 L80 P20 N10 G12 P14 B500 N20 M104 G12 P15 M98 P700 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 G01 X#5 F5000 M98 P802 G04 X1.0 M98 P800 M209 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 G01 X#5 F5000 M98 P802 G04 X1.0 M98 P800 M209 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 G01 X#5 F5000 M98 P802 G04 X1.0 M98 P800 M209 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 G01 X#5 F5000 M98 P802 G04 X1.0 • • • M98 P800 M209 G12 P8 G01 W#162 F#4 M98 P300 G01 X#5 F5000 M98 P802 G04 X1.0 M98 P301 M30 00888 G01 X0. F5000 M205 G12 P20 M212 G12 P99 M211 G12 P97 M210 G12 P12 M209 G12 P8 M208 G12 P10 M205 G12 P20 M206 G12 P22 G65 L50 G01 Z0. F10000 G04 X1.0 M204 G12 P16 M207 G12 P18 G01 Y0. F10000 M30 00900 G65 L03 P#22 A#21 B1 G65 L04 P#23 A#22 B300 G65 L02 P#24 A#23 B1001 G65 L02 P#25 A#24 B30 G65 L02 P#26 A#25 B40 G65 L07 P#1 A#900024 B20 G65 L07 P#300 A#900025 B36 G65 L07 P#505 A#900026 B150 M30 00901 G65 L03 P#22 A#21 B1 G65 L04 P#23 A#22 B300 G65 L02 P#24 A#23 B1001 G65 L02 P#25 A#24 B30 G65 L02 P#26 A#25 B40 G65 L07 P#900024 A#1 B20 G65 L07 P#900025 A#300 B36 G65 L07 P#900026 A#505 B150 M30 00300 M107 G12 P17 M105 G12 P19 M106 M108 G12 P9 M109 G12 P7 M99 00301 M205 G12 P20 M206 G12 P22 G01 U-#7 F1500 M209 G12 P8 G01 Z0. F10000 M210 G12 P12 M111 G12 P96 M212 G12 P99 M211 G12 P97 G01 X0. F10000 M208 G12 P10 M204 G12 P16 M207 G12 P18 M99 00700 G65 L50 G65 L04 P#161 A#160 B5 G65 L02 P#161 A#161 B500 G65 L01 P#162 A#900161 G65 L02 P#161 A#161 B1 G65 L01 P#155 A#900161 G65 L02 P#161 A#161 B1 G65 L01 P#165 A#900161 G65 L02 P#161 A#161 B1 G65 L01 P#11155 A#900161 G65 L02 P#161 A#161 B1 G65 L01 P#166 A#900161 G65 L86 P200 A#165 B0 G65 L86 P200 A#155 B0 M99 00750 G01 U#130 V#121 F#165 G01 U-#130 V#121 M99 00800 M110 G12 P11 G01 U-#6 F5000 M209 G12 P8 G65 L50 G65 L04 P#161 A#160 B5 G65 L02 P#161 A#161 B500 G65 L01 P#162 A#900161 G65 L02 P#161 A#161 B1 G65 L01 P#155 A#900161 G65 L02 P#161 A#161 B1 G65 L01 P#165 A#900161 G65 L02 P#161 A#161 B1 G65 L01 P#11155 A#900161 G65 L02 P#161 A#161 B1 G65 L01 P#166 A#900161 G65 L86 P200 A#165 B0 G65 L86 P200 A#155 B0 M99 00801（JR） G65 L50 G65 L05 P#120 A#2 B#3 G65 L04 P#121 A#120 B360000 G65 L04 P#122 A#155 B#3 G65 L05 P#123 A#122 B#2 G65 L05 P#124 A#123 B2 G65 L04 P#125 A#123 B#120 G65 L03 P#126 A#155 B#125 G65 L03 P#127 A#155 B2 G65 L04 P#128 A#127 B#3 G65 L04 P#129 A#127 B360000 G65 L04 P#130 A#3 B#120 G65 L04 P#131 A#126 B#3 G65 L04 P#132 A#126 B360000 G65 L03 P#140 A#123 B1 G65 L05 P#141 A#140 B2 N35 G65 L82 P40 A#123 B0 M210 G12 P12 G01 U-#128 V#129 F#165 G01 U#128 V720000 G01 X#5 Y0. 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F5000 G01 V#166 F10000 N80 M112 G12 P98 G65 L02 P#160 A#160 B1 M99 00802（CR） M210 G12 P12 G65 L50 G65 L81 P80 A#301 B0 G65 L04 P#400 A#301 B360000 G65 L03 P#401 A#2 B#300 G65 L03 P#402 A#401 B#302 G01 U-#300 F2500 G01 U-#402 V#400 F#165 G01 U-#302 F2500 G65 L81 P80 A#304 B0 G65 L04 P#403 A#304 B360000 G65 L03 P#404 A#2 B#303 G65 L03 P#405 A#404 B#305 G01 U#305 F2500 G01 U#405 V#403 F#165 G01 U#303 F2500 G65 L81 P80 A#307 B0 G65 L04 P#406 A#307 B360000 G65 L03 P#407 A#2 B#306 G65 L03 P#408 A#407 B#308 G01 U-#306 F2500 G01 U-#408 V#406 F#165 G01 U-#308 F2500 G65 L81 P80 A#310 B0 G65 L04 P#409 A#310 B360000 G65 L03 P#410 A#2 B#309 G65 L03 P#411 A#410 B#311 G01 U#311 F2500 G01 U#411 V#409 F#165 G01 U#309 F2500 G65 L81 P80 A#313 B0 G65 L04 P#412 A#313 B360000 G65 L03 P#413 A#2 B#312 G65 L03 P#414 A#413 B#314 G01 U-#312 F2500 G01 U-#414 V#412 F#165 G01 U-#314 F2500 G65 L81 P80 A#316 B0 G65 L04 P#415 A#316 B360000 G65 L03 P#416 A#2 B#315 G65 L03 P#417 A#416 B#317 G01 U#317 F2500 G01 U#417 V#415 F#165 G01 U#315 F2500 G65 L81 P80 A#319 B0 G65 L04 P#418 A#319 B360000 G65 L03 P#419 A#2 B#318 G65 L03 P#420 A#419 B#320 G01 U-#318 F2500 G01 U-#420 V#418 F#165 G01 U-#320 F2500 G65 L81 P80 A#322 B0 G65 L04 P#421 A#322 B360000 G65 L03 P#422 A#2 B#321 G65 L03 P#423 A#422 B#323 G01 U#323 F2500 G01 U#423 V#421 F#165 G01 U#321 F2500 G65 L81 P80 A#325 B0 G65 L04 P#424 A#325 B360000 G65 L03 P#425 A#2 B#324 G65 L03 P#426 A#425 B#326 G01 U-#324 F2500 G01 U-#426 V#424 F#165 G01 U-#326 F2500 G65 L81 P80 A#328 B0 G65 L04 P#427 A#328 B360000 G65 L03 P#428 A#2 B#327 G65 L03 P#429 A#428 B#329 G01 U#329 F2500 G01 U#429 V#427 F#165 G01 U#327 F2500 G65 L81 P80 A#331 B0 G65 L04 P#430 A#331 B360000 G65 L03 P#431 A#2 B#330 G65 L03 P#432 A#431 B#332 G01 U-#330 F2500 G01 U-#432 V#430 F#165 G01 U-#332 F2500 G65 L81 P80 A#334 B0 G65 L04 P#433 A#334 B360000 G65 L03 P#434 A#2 B#333 G65 L03 P#435 A#434 B#335 G01 U#335 F2500 G01 U#435 V#433 F#165 G01 U#333 F2500 N80 G01 X#5 Y0. F5000 G01 V#166 F10000 M112 G12 P98 G65 L02 P#160 A#160 B1 M99 5 結束語 該數控定子繞線機控制方案具有控制精度高，系統穩定性強，用戶操作靈活的特點，為利用中達CNC系統和臺達伺服在繞線機行業上的典型案例。 利用中達電通開放式、全功能通用數控系統，配合臺達伺服系統優異的性能，可以靈活地整合出專用的控制系統，提供更有價值的整合方案以滿足不同客戶與行業的特殊要求。 第二屆伺服與運動控制論壇論文集 第三屆伺服與運動控制論壇論文集