数控系统螺纹切削技术实现条形带缠绕的控制系统及方法

摘要

本发明涉及一种数控系统螺纹切削技术实现条形带缠绕的控制系统及方法，控制系统包括成型机卷筒和成型机小车，数控系统、小车伺服控制模块和主轴变频器控制模块；控制方法包括数控系统对成型机小车的速度以及成型机卷筒的转速、起始角度的闭环控制；本发明采用数控系统作为成型机的控制系统，利用数控系统的螺纹切削功能实现成型机条形带缠绕的工艺，实现不同起始角和不同螺距的螺纹缠绕利用数控系统的螺纹切削功能实现成型机条形带缠绕的工艺，操作简单方便，而且效率高、精度好，稳定可靠，维修方便。

说明书

技术领域

本发明涉及数控系统实现橡胶成型机条形带缠绕技术，特别是涉及一种数 控系统螺纹切削技术实现条形带缠绕的控制系统及方法。

背景技术

目前，大部分橡胶成型机都是手动控制设备，它的主轴旋转、平台直线运 动和加工过程都是人工操纵手动进行，设备不仅操作复杂、操作者劳动强度大， 而且效率低、精度差，很难满足现代加工对设备的要求。为了满足现代化加工 要求，有部分厂商将成型机的控制系统改造为PLC可编程控制器控制，或者是 工业控制机控制。但是这种改造，无论是操作、还是效率，以及精度仍然很差， 并且故障率很高，具体表现在设备的稳定性和可靠性方面。同时，由于这些控 制都是非标准的设计和控制，如有较大故障及改动需依靠改造设计单位来完成， 没有独立性，使得维修及维护特别不方便。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种数控系统螺纹切削技术实现条形带缠绕的 控制系统及方法，采用数控系统作为成型机的控制系统，利用数控系统的螺纹 切削功能实现成型机条形带缠绕的工艺，实现不同起始角和不同螺距的螺纹缠 绕利用数控系统的螺纹切削功能实现成型机条形带缠绕的工艺。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种数控系统螺纹切削技 术实现条形带缠绕的控制系统，包括成型机卷筒和成型机小车，包括数控系统、 小车伺服控制模块和主轴变频器控制模块；

数控系统连接小车伺服控制模块、主轴变频器控制模块、远程IO接口模块、 手持操作站和系统操作站，用于控制成型机卷筒的转速和起始角度以及成型机 小车的速度；

小车伺服控制模块连接数控系统，用于通过接收数控系统发出的控制命令 对成型机小车速度进行控制；

主轴变频器控制模块连接数控系统，用于通过接收数控系统发出的控制命 令对主轴的转速和初始角度进行控制。

所述数控系统具有AXIS1接口、AXIS2接口、AXIS3接口、AXIS4接口、 SSB-IO接口、MPG接口和RS422接口。

所述小车伺服控制模块包括伺服驱动器、小车伺服电机和第一编码器，其 中伺服驱动器从数控系统的AXIS3接口接收到数控指令，通过电机电源线连接 到小车伺服电机，通过第一编码器将脉冲信号反馈回伺服驱动器。

所述主轴变频器控制模块包括主轴变频器、主轴变频电机、减速机、第二 编码器和第三编码器，其中主轴变频器从数控系统的AXIS4接口接收到数控指 令，通过电机电源线连接到主轴变频电机，通过第二编码器将脉冲信号反馈到 主轴变频器；同时主轴变频电机连接减速机，在减速机后侧加装第三编码器， 将脉冲信号反馈到数控系统。

所述主轴变频器具有能接收-10V~+10V指令电压的变频器控制板。

所述远程IO接口模块包括远程IO接口、32路开关量输入接口、24路开关 量输出接口、输入端子板和输出端子板。

一种数控系统螺纹切削技术实现条形带缠绕的控制方法，包括数控系统对 成型机小车的速度以及成型机卷筒的转速、起始角度的闭环控制；

数控系统对成型机小车的速度的闭环控制步骤如下：

数控系统的AXIS3接口将数控指令传到伺服驱动器，伺服驱动器输出电压 加在小车伺服电机上，通过第一编码器将脉冲信号反馈回伺服驱动器，完成速 度闭环控制；

数控系统对成型机卷筒的转速和起始角的闭环控制步骤如下：

数控系统的AXIS4接口将数控指令传到主轴变频器，主轴变频器输出电压 加在主轴变频电机上，通过第二编码器将脉冲信号反馈到主轴变频器，完成速 度闭环控制；同时主轴变频电机连接减速机，在减速机后侧加装第三编码器， 将脉冲信号反馈到数控系统，完成位置闭环控制。

发明具有以下有益效果及优点:

1.采用的是成熟、稳定的数控加工技术，应用在成型机条形带的缠绕加工 工艺中，不仅可对帘布、尼龙水布进行缠绕加工，也可对胶片、尼龙绳、钢线 等条形带进行缠绕加工；

2.适用于各种不同规格的条形带的缠绕，由于缠绕的加工程序采用变量式 编程，参数设置简单，因此很容易操作；

3.由于主轴S具有了C轴功能，能进行起始角的定位，以便搭接，从而可 以实现不同起始角的缠绕；

4.由于数控技术的成熟和标准化，它不仅是操作简单方便，而且效率高、 精度好，特别稳定可靠，且维修方便。

附图说明

图1是本发明的总体结构框图。

其中，1为AXIS1接口、2为AXIS2接口、3为AXIS3接口、4为AXIS4 接口、5为SSB-IO接口、6为MPG接口、7为RS422接口、8为小车伺服电机、 9为第一编码器、10为主轴变频电机、11为第二编码器、12为第三编码器、13 为远程IO接口模块、14为远程IO接口、15为32路开关量输入接口、16为24 路开关量输出接口。

具体实施方式

如图1所示为本发明的总体结构框图，采用蓝天GJ301数控系统作为成型 机的控制系统，利用GJ301数控系统的螺纹切削功能实现成型机条形带缠绕的 工艺，实现不同起始角和不同螺距的螺纹缠绕。GJ301数控系统作为成型机的控 制系统，主要实现成型机的卷筒（主轴）和成型机小车的运动控制。

所述的GJ301数控系统采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业CPU 板卡，配置8.4”彩色液晶显示屏和标准机床工程面板，集成轴控制接口，通 用（本机）I/O接口，远程（同步串行I/O）接口，网络接口和USB接口。各个 接口定义如下：

AXIS1、AXIS2、AXIS3、AXIS4：轴伺服接口，用于连接运动部分的伺服 驱动装置。

I/O：机床通用输入/输出控制接口，用于连接开关量输入/输出模块。

MPG：手持单元接口，用于连接手持单元设备。

SSB-IO：远程I/O接口，用于连接SSB-IO同步串行IO模块。

RS422：手持操作站接口，用于连接系统操作站。

以太网（LAN）：10/100Mbps以太网接口，用于连接以太网。

USB：USB2.0接口，用于连接USB设备。

本发明中，为了实现成型机的卷筒（主轴）和成型机小车的联动控制，对 小车进行了改造，原有的小车采用的是变频器和变频电机开环速度控制机电拖 动系统。为了保证行走的定位精度，将小车的变频器更换为伺服控制器，改造 为由伺服单元控制伺服电动机的闭环位置控制机电拖动控制系统。改造后的伺 服驱动控制器的型号：SGDM-50ADA，同时对伺服控制器重新设置参数；将变 频电机改为伺服电机加编码器，为区别其他编码器，将该编码器记为第一编码 器。

此外，将主轴变频器的控制电路板进行改造，使主轴变频器实现速度和位 置闭环控制功能。原变频器的控制板只能接收0~10V的指令电压，而实际需要 能接收-10V~+10V的指令电压的变频器控制板，因此将变频器的控制板进行更 改，更改后的控制板的型号为MT134DA2。同时对变频器的参数进行修改，其 中主要的参数为：将F4-13设为0，F4-14设为-100%，F4-15设为10，F4-16设 为100%。

具体实现成型机卷筒（主轴）和成型机小车的联动控制，主要通过以下方 式：蓝天GJ301数控系统中的AXIS3接口与小车伺服驱动器输入端相连，电机 电源连到小车伺服电机，通过第一编码器将检测到的脉冲信号反馈给伺服驱动 器，通过伺服单元控制伺服电动机，从而实现闭环控制。

蓝天GJ301数控系统中的AXIS4接口与主轴变频器相连，主轴变频器的电 机电源连接主轴变频电机，通过第二编码器将检测到的速度信号反馈给主轴变 频器，形成闭环控制，在变频电机后连接减速机，同时，为了实现不同起始角 度的卷筒缠绕，准确控制卷筒的转动角度，在减速机后侧加装了旋转编码器， 编码器型号为E6B2-CWZ1Z，即第三编码器；脉冲线数为2000P/R。第三编码 器检测的脉冲信号直接反馈蓝天GJ301数控系统，从而实现缠绕卷筒的角度的 控制。

蓝天GJ301数控系统中的SSB-IO接口与SSB-I/O单元的SSB-IN连接， SSB-I/O单元提供32位开关量输入和24位开关量输出。

各个接口定义如下：

32IN接口：32路开关量输入接口，连接到SSB-I/O单元的输入端子板。

24OUT接口：24路开关量输出接口，连接到SSB-I/O单元的输出端子板。

SSB-IN接口：SSB（同步串行总线）接口，连接到GJ-301数控系统的SSB 接口。

SSB-OUT接口：与下级SSB-I/O单元连接接口。

POWER指示灯：电源上电指示灯。

RUN指示灯：SSB通讯指示灯。

蓝天GJ301数控系统中的MPG接口与手持操作站连接。

蓝天GJ301数控系统中的RS422接口与系统操作站连接。

通过上述系统的总体结构，利用GJ301数控系统的螺纹切削功能实现成型 机条形带缠绕的工艺，采用变频器与交流电动机实现主轴位置控制，通过伺服 单元控制伺服电动机实现速度控制，缠绕对象的不同，对起始角和螺距的螺纹 缠绕的要求也不同，因此要根据加工工艺对参数进行设置，对程序采用变量式 编程，进而实现缠绕卷筒和成型机小车的联动和插补。

由于缠绕工艺要求缠绕角度为不同，分为52°和54°两种，而且卷筒的初 始直径也不相同，根据加工工艺对程序采用了变量式编程。在进行缠绕不同形 式的卷筒时候，只需要切换到相应的程序即可。对缠绕角度、帘布宽度、帘布 厚度、主轴转速、小车的运行速度、导程等参数都采用变量形式进行编程。