點膠機控制器驅動施工設計方案及對策

1、-. z.點膠機控制器的驅動設計方案在進行點膠機控制器的總體設計時，需要考慮到控制系統(tǒng)和驅動系統(tǒng)的協(xié)調。點膠機的動作控制絕大部分屬于邏輯控制，因此選擇單片機來完成機床的動作控制。點膠機驅動系統(tǒng)是接收信號后利用各種電動機產生的力矩和力，直接或間接地驅動膠槍和工件以進行各種動作完成理想運動的執(zhí)行機構。驅動系統(tǒng)主要是實現(xiàn)對工作臺的控制，使其根據(jù)控制系統(tǒng)的指令做出合適的動作。點膠機的傳動方式*Y平臺的運動方式有兩種可以選擇的方式，一種是基于單軸運動模式，另一種就是基于多軸協(xié)調運動模式。單軸運動是極坐標的控制形式，通過控制單軸的長度和角度來實現(xiàn)各種運動軌跡。多軸模式是常見的*Y工作臺，通過多軸的協(xié)調動作

2、實現(xiàn)理想軌跡。出于節(jié)約時間，提高效率的考慮，工作平臺采用多軸協(xié)調運動的方式實現(xiàn)直線插補和圓弧插補。 描述復雜的多軸協(xié)調運動軌跡的最簡單的方法是利用坐標系。由于在坐標系能夠方便地描述運動對象的運動軌跡，所以多軸協(xié)調運動又稱為坐標系運動。在坐標系運動控制模式下可以實現(xiàn)單段軌跡運動、多段軌跡連續(xù)運動。 一個典型的控制進給系統(tǒng)，由運動控制器、驅動單元、機械傳動裝置和執(zhí)行元件等幾部分組成。其中，機械傳動裝置是位置控制中的一個重要環(huán)節(jié)。機械傳動裝置，是指將驅動源的旋轉運動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運動的整個機械傳動鏈。點膠設備的工作臺，大多只需要完成平面二維運動。每一維的運動機構，都由電機提供動力，傳動機構將電機的

3、旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動，或者直接采用直線電機的方式。傳統(tǒng)的傳動結構大都使用滾珠絲杠傳動和齒輪齒條傳動，傳動方式對運動控制有較大影響，要綜合考慮。（1）絲桿螺母傳動：通過絲桿螺母將伺服電機的旋轉運動轉為定位平臺的直線運動，結構簡單、安裝維護方便。但是長距離滾珠絲杠受自身重力作用及旋轉時產生的慣性作用造成的絲杠變形負載不能太大，壽命低，成本高，對污染較為敏感。（2）齒輪齒條傳動：耗能小，可靠，噪音低，傳動功率大，效率高。但容易發(fā)生齒面磨損，并且要求潤滑條件好。由于齒間間隙，會出現(xiàn)一段空行程，在數(shù)控機床中并不適用。由于機械設備不斷向高精度、高速度、大功率、長壽命、低噪聲、低成本和緊湊化方向發(fā)展，近年

4、來帶傳動產品在保證一定強度條件下逐步向輕薄方向發(fā)展。同步帶傳動在汽車制造、機床、紡織機械等行業(yè)得到廣泛應用。同步帶傳動又稱齒形帶傳動。它集齒輪、鏈條、帶傳動等優(yōu)點于一體，具有傳動效率高、傳動比準確、噪聲小、節(jié)能、維修方便等特點，20世紀80年代起，逐步成為精密機械的主導傳動產品。齒形帶與傳統(tǒng)傳動帶的最大差別在于同步、靜音。因此，它是當今最受推崇的環(huán)保型產品。同步帶的工作面呈齒形，與帶輪的齒槽作嚙合運動，并由帶的抗拉層承受載荷，以保持帶的接線長度不變，故帶與帶輪之間沒有相對滑動，可以實現(xiàn)帶與帶輪之間的同步傳動。同步帶除了傳遞運動動力外，還可以進行高精度的定位運動，精密輸送等。同步帶傳動的主要失效

5、形式包括帶的疲勞斷裂、帶齒的剪切和壓潰以及同步帶兩側面的磨損。同步帶的特點：（1）傳動精確。帶和帶輪之間的間隙很小，嚴格同步傳動，不打滑、傳動比準確，角速度恒定，故常用于精確傳動。（2）傳動效率高。由于傳動無滑差，初力較小，帶體輕薄，傳動時產生熱量小，傳動效率可達99.5%，因此傳動效率高。（3）傳動大，載荷圍大。其傳動比可高達20以上，傳動功率從幾瓦到數(shù)百千瓦。（4）傳動速度高。能適應現(xiàn)代機械要求，進行高速連續(xù)運轉，其速度可高達80m/s。（5）結構緊湊。同步帶強度高，帶體輕薄，曲擾性好，能適應較小的帶輪直徑，傳動中心矩小，故結構緊湊。（6）沖擊小，傳動平穩(wěn)。同步帶傳動時，嚙合面為金屬與非金

6、屬接觸，沖擊比齒輪傳動小的多，也沒有鏈條傳動時節(jié)線上下跳動的現(xiàn)象。因此，同步帶傳動平穩(wěn)，沖擊小，適用于精密傳動。（7）無需潤滑。同步帶的齒面具有自潤滑性，與帶輪槽接觸時，無需潤滑，因此也無污染。（8）維護保養(yǎng)方便。同步帶在使用過程中基本不伸長，所以在安裝時給定的初力，在使用中不必調整，能適應在人員不宜接觸和操作的地方使用。（9）噪聲小，它的噪聲小于齒輪傳動和鏈條傳動。（10）傳動機構質量輕。同步帶傳動中的帶輪可以使用鋁合金或塑料，因此在傳動相同功率時，使用同步帶傳動可以減輕傳動機構的質量。利用齒形帶傳動代替?zhèn)鹘y(tǒng)絲杠傳動，相對齒輪齒條傳動中能量損耗較小，可靠，噪音低，傳動功率大，效率高。介于此，

7、本項目采用同步帶傳動，研究同步帶傳動在數(shù)控機床上的應用。執(zhí)行元件分析執(zhí)行元件，是根據(jù)來自控制器的控制信息完成對受控對象的控制作用的元件，是控制系統(tǒng)的重要組成部分。它將電能或流體能量轉換成機械能或其他能量形式，直接作用于受控對象，按照控制要求改變受控對象的機械運動狀態(tài)。根據(jù)其在系統(tǒng)中的作用，選擇執(zhí)行元件時一般的考慮原則是：(1)在整個工作循環(huán)中都能拖動負載按預期的運動要求。(2)執(zhí)行元件的性能是運動控制系統(tǒng)動態(tài)響應的基本限制因素，所以選擇執(zhí)行元件不但要考慮滿足負載拖動的要求，還要考慮它對系統(tǒng)控制性能的影響。(3)對啟、停頻率要求低，還要低速平穩(wěn)及扭矩脈動小，高速運行時振動噪音小。在機械自動化系統(tǒng)

8、中，執(zhí)行元件根據(jù)輸入能量的不同可分為電動、氣動和液壓三類。電動執(zhí)行元件安裝靈活，使用方便，在自動控制系統(tǒng)中應用最廣。氣動執(zhí)行元件結構簡單，重量輕，工作可靠并具有防爆特點，在中、小功率的化工石油設備和機械工業(yè)生產自動線上應用較多。液壓執(zhí)行元件功率大，快速性好，運行平穩(wěn)，廣泛用于大功率的控制系統(tǒng)。根據(jù)本課題的實際情況，應選用電動執(zhí)行元件，即將電能轉換成機械能以實現(xiàn)往復運動或回轉運動的電磁元件。電動執(zhí)行元件具有調速圍寬、靈敏度高、響應速度快、無自轉現(xiàn)象等性能，并能長期連續(xù)可靠地工作。常用的電動執(zhí)行元件有直流伺服電動機、交流伺服電動機、步進電動機、電磁制動器、繼電器等。為了適應數(shù)字化技術發(fā)展趨勢，目前

9、控制電機大多采用步進電機或全數(shù)字交流伺服電機。步進電機步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件，在數(shù)控系統(tǒng)中得到廣泛應用。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置，只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點，使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制，變得簡單精確。步進電機的調速，一般是改變輸入的脈沖頻率來實現(xiàn)的。運動控制器每給一個脈沖，步進電機就轉動一個固定的角度。這樣就可以通過控制步進電機的一個脈沖到下一個脈沖的時間間隔，來改變脈沖的頻率，用延時長短具

10、體控制步進角，來改變轉速，從而實現(xiàn)對步進電機的調速。由步進電機組成的步進傳動系統(tǒng)具有如下優(yōu)點： (a)步進電機是一種離散運動的執(zhí)行裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術有著在的聯(lián)系，很容易和其他數(shù)字器件進行接口。(b)步進電機，位置誤差無積累。(c)步進電機可以位置開環(huán)方式進行控制，位甓開環(huán)，不需要位置反饋，系統(tǒng)結構簡單，不存在系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題。 (d)永磁式或混合式步進電機，除停轉期間消耗的電能較小以外，它們還具有記憶轉矩的功能?？梢栽谕ｋ姷臈l件下將轉子鎖定在特定的位置上。步進電機主要應用在開環(huán)、控制精度及響應速度要求不太高的運動控制場合。如數(shù)字控制系統(tǒng)、工具控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)等。 步進電機最簡單的

11、運行方式是與控制脈沖組成開環(huán)系統(tǒng)，如圖34表示由步進電機、驅動控制器和控制脈沖組成的開環(huán)系統(tǒng)。 脈沖分配器主要通過一個脈沖輸入控制步進電機的速度，一個輸入端控制電機的轉向，并有與步進電機相數(shù)相同數(shù)目的輸入端分別控制電機的各相。這種硬件脈沖分配器通常直接包含在步進電機驅動器。在數(shù)控系統(tǒng)中，通過插補運算，得到每個坐標軸的位移信號，通過輸出接口，步進電機驅動器發(fā)出高速脈沖信號和正反轉信號，可以控制步進電機的運行41。交流伺服電機交流伺服電機分為交流永磁式伺服電機和交流感應式伺服電機。永磁式伺服電機機相當于交流同步電動機，常用于進給伺服系統(tǒng)；感應式交流伺服電機相當于交流感應 異步電機，常用于主軸伺服系

12、統(tǒng)。兩種伺服電機的原理都是由定子繞組產生旋轉磁場，使轉子跟隨定子旋轉磁場一起運行。不同點是交流永磁式伺服電機的轉速與外加交流電源的頻率存在著嚴格的同步關系，即電動機的轉速等于同步轉速；而感應式伺服電機由于需要轉速差才能產生電磁轉矩，所以電動機的轉速低于同步轉速，轉速差隨著負載的增大而增大。同步轉速的大小等于交流電源的頻率除以電機極對數(shù)。因而交流伺服電機可以通過改變供電電源頻率的方法來調節(jié)其轉速。交流伺服系統(tǒng)由交流伺服電機和伺服驅動器組成。它是作為無刷直流伺服系統(tǒng)的替代產品出現(xiàn)的。由于直流電機具有優(yōu)良的調速性能，因此長期以來，在調速性能要求較高的場合，直流電機調速一直占據(jù)主導位置。但是由于它的電

13、刷和換向的磨損，有時會產生火花，電動機的最高速受到限制，而且直流電機結構復雜，成本較高，所以在使用中受到一定的限制。麗近年來，交流伺服驅動技術有了飛速的發(fā)展，它不僅克服了直流伺服電機結構上存在整流子、電刷維護困難、造價高、壽命短、應用環(huán)境受到限制的缺點，同時又發(fā)揮了交流伺服電機的堅固耐用、經濟可靠、動態(tài)響應好、輸出功率大等優(yōu)點，在*些場合交流伺服電機已經逐漸取代了直流伺服電機。根據(jù)電動機的類型，目前將交流伺服系統(tǒng)分為同步型交流伺服系統(tǒng)和異步型交流伺服系統(tǒng)。通常永磁同步交流伺服系統(tǒng)在定位運動控制系統(tǒng)，特別是在數(shù)控機床進給伺服中應用廣泛。同步型交流伺服系統(tǒng)按照驅動電流的波形及工作原理，又可分為矩形

14、波電流驅動的交流伺服系統(tǒng)和正弦波電流驅動的交流伺服系統(tǒng)。從發(fā)展趨勢來看，正弦波驅動將成為主流。電機的脈沖控制在控制系統(tǒng)的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當?shù)目刂齐姍C。點膠機執(zhí)行機構功能主要包括點膠軌跡控制、膠槍上下移動定位兩部分，對于精度的要求并不是很高，在工作中對電機的要求也相對于數(shù)控機床寬松很多?？紤]到運動控制器的選取和系統(tǒng)的實際要求，本課題選用步進電機作為執(zhí)行元件，接受運動控制器的控制。自動點膠機工作時步進電機處于低速，三相電機的步距角在1.5左右，使用時工作效率高，噪音低。通過靜力矩和電流的分析，選擇斯達特57BYG350B型電機。步進電機作為一種控制精密位移及

15、大圍調速專用的電機,由于控制方法簡單，成本低廉，廣泛應用于各種開環(huán)控制。步進電機的運行需要有脈沖分配的功率型電子裝置進行驅動, 這就是步進電機驅動器。它接收控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號，按照步進電機的結構特點，順序分配脈沖，實現(xiàn)控制角位移、旋轉速度、旋轉方向、制動加載狀態(tài)、自由狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號, 通過驅動器就能夠驅動步進電機旋轉一個步距角。步進電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比。角位移量與脈沖個數(shù)相關。1、必要脈沖數(shù)的計算必要脈沖數(shù)是指傳動裝置將物體從起始位置傳送到目標位置所需要提供給步進電機的脈沖數(shù)。必要脈沖數(shù)按下面公式計算：N:必要脈沖數(shù)S1:物體移動的距離 S2：距離電機旋轉一周移

16、動的距離a步進角2、驅動脈沖速度的計算驅動脈沖速度是指在設定的定位時間中電機旋轉過一定角度所需要的脈沖數(shù)。驅動脈沖數(shù)可以根據(jù)必要脈沖數(shù)、定位時間和加/減速時間計算得出。（1）自啟動運行方式自啟動運行方式是指在驅動電機旋轉和停止時不經過加速、減速階段，而直接以驅動脈沖速度啟動和停止的運行方式。自啟動運行方式通常在轉速較低的時候使用。同時，因為在啟動/停止時存在一個突然的速度變化，所以這種方式需要較大的加/減速力矩。自啟動運行方式的驅動脈沖速度計算方法如下：V驅動脈沖速度N必要脈沖數(shù)T定位時間（2）加/減速運行方式加/減速運行方式是指電機首先以一個較低的速度啟動，經過一個加速過程后達到正常的驅動脈沖速度，運行一段時間之后再經過一個減速過程后電機停止的運行方式。其定位時間包括加速時間、減速時間和以驅動脈沖速度運行的時間。加/減速時間需要根據(jù)傳送距離、速度和定位時間來計算。在加/減速運行方式中，因為速度變化較小，所以需要的力矩要比自啟動方式下的力矩小。加/減速運行