YKA7232A技术说明书

YK7232A磨齿机数控伺服控制系统技术使用说明书第1页共25页YK7232A磨齿机数控伺服控制系统技术使用说明书一、技术规格该系统是为YK7232A数控蜗杆砂轮磨齿机配套的数控装置，系统原理请参看《电气说明》。其技术指标如下：1、工作温度：+5℃～+40℃2、输入电压：3相，50HZ，380V,±10％额定功率：1.2KVA(不包括空调输入)3、砂轮参数机床砂轮主轴转速：1100～1900RPM主轴光电编码器:ROD260，18000Imp/Rev4、工件电机参数：5.1NM，2000r/85V工件轴光电编码器：ROD260，18000Imp/Rev工件跟踪主光栅精度误差：＜±１脉冲，＜18″在负载突加（减）或正弦变化时，精度误差：＜±１脉冲5、齿轮工件参数齿数：12～256模数：1～6螺旋角：-45°～+45°齿形角：10°～45°齿宽：10～170mmYK7232A磨齿机数控伺服控制系统技术使用说明书第2页共25页外径：20～320mm公法线：1～800μm6、工件架速度：0.4～4mm/rev7、机箱外型尺寸：2000×800×600mm（高×宽×深）机箱重量：400kg8、机箱冷却方式：空调机二、、电气说明该机电气控制系统主要由三部分组成：触摸屏显示界面、伺服控制系统、可编程控制器。系统构成如图所示：1、伺服控制系统1.1锁相伺服系统原理该系统是一个闭环伺服控制系统。在这样一个系统中，被控对象的过程参数始终被连续测量，并与理论值进行比较，得到的差值再用来调整被控对象的过程参数。其原理性框图如下：触摸屏YK7232A磨齿机数控伺服控制系统技术使用说明书第3页共25页再具体化，可得到下图：1.2YK7232A磨齿机伺服控制系统原理该控制系统是基于自动控制系原理，由两个闭环伺服控制环组成。主伺服环是由砂轮旋转编码器来的输入量与工件旋转编码器来的实际值相比较，其差值经调节器、功率放大器等部件控制工件马达运动。另一个伺服环是由长度测量编码器脉冲与工件电机旋转编码器脉冲同步、比较，经脉冲／电压转换器、前置放大及功率驱动等部件，控制液压比例阀带动工件架按给定速度运动。YK7232A磨齿机数控伺服控制系统技术使用说明书第4页共25页其系统框图如下所示：1.3砂轮旋转编码器砂轮由三相交流电机驱动。砂轮的运动由一个旋转编码器测量，并将其旋转运动变换成电脉冲，该编码器有一个18000条／转的光栅盘，它输出两个相位差为９０°的TTL信号（Ua1，Ua2）及反相信号（Ua1，Ua2）。这二路信号进入系统除产生控制脉冲外，还用以鉴别电机的旋转方向，另外，电机旋转一全圈还产生一个索引脉冲（Ua0）及反向信号（Ua0）。1.4工件电机编码器和长度测量编码器工件电机是一直流伺服电机，工件与工件电机经8∶1的机械齿轮传动。而工件电机的运动与砂轮电机一样由一旋转编码器来测量，也就是说，编码器所测量的运动速度是工件运动速度的８倍。YK7232A磨齿机数控伺服控制系统技术使用说明书第5页共25页在工件磨削时，工件架进行Z轴方向运动，工件架的速度由一长度测量编码器来测量，它提供的信号与旋转编码器类似。长度测量编码器经内部５倍频和电子四倍频，使其分辨率提高到1um／pulse。1.5调节器来自不同编码器的数字信号在调节器中进行比较，得到控制偏差，其偏差信号经功率放大后，调整工件电机或液压比例阀的运动，速度的调整变化又经编码器以数字脉冲的形式反馈到调节器，从而实现连续的闭环伺服。1.6X轴伺服电机控制系统同时对X轴的进刀电机控制，主要由回参考点、X轴位移和修形等动作组成。系统对X轴的控制主要通过对伺服电机控制器进行位置控制，输出方式为双脉冲方式（CW、CCW），对系统而言是开环控制方式。控制精度0.5um/p，最高速度1米/分钟。速度可由倍率系数进行降低。2、可编程控制器PLCPLC经RS-232串行口与伺服控制系统实现数据交换，伺服控制系统的控制参数及动作命令都由PLC来设定和控制，它监视并控制机床有关动作。同时通过触点将机床工作状态及运行情况传递到伺服控制统，以便伺服控制系统及时作出相应的处理。同时PLC还具有存储主要工作参数和用户磨削参数的功能。3、触摸屏触摸屏是YK7232A的主要操作和显示界面，以便捷的方式提供用户参数编辑和读/写界面，以及显示工作状态下的主要数据及状态。YK7232A磨齿机数控伺服控制系统技术使用说明书第6页共25页触摸屏也通过串口与PLC连接。4、控制系统部件原理说明4.1YKA01板本板主要实现锁相及斜齿轮差补控制。a.由YKA02板来的同步平衡加减脉冲（BALUP、BALDN），经误差平衡检测器，输出数字控制偏差。此偏差由TRANSFER信号检出，经数/模转换电路，其输出和砂轮子平衡信号（GWSUBANL）一起送到系统误差调节电路转换成电压值，并由运放以角偏差Δψ的形式直接作为功率放大器的输入。而它的微分信号，经滤波电路后产生角速度误差Δω。为了使工件马达与旋转编码器之间的连接器的谐振频率最小，Δω经一个角速度偏差低通滤波器送到功率放大器，从而达到控制环的稳定。b.BAL15(L)信号是作为平衡检查，只要控制偏差超过15个脉冲，由控制电路产生一个超差单稳脉冲信号，使磨削过程及时中断。c.起动信号RUN（L）产生时，平衡检测器的预置值为128，只有在系统刚起动时，检测误差会产生溢出信号（偏差绝对值128），此时起动控制电路动作，控制系统进入起动控制过程，输出一恒定的直流校正电压到角偏差输出电路。系统在稳定运行时，起动电路不工作。d.斜齿轮差补首先来自长度测量编码器的MIUP*4（MIDOWN*4）脉冲，在脉冲序列分配器中进行时钟同步及方向识别，而后进入频率变换器并对其脉冲频率测量、变换、分配（16倍频后乘以差动系数）。新的脉冲序列作为差动控制逻辑的计数时钟,产生差动控制数字量，并根据齿向及螺旋角方向将差动控制数字量转换成角度补偿模拟信号（WPSSUBANL），并产生平衡器正向差补脉冲MI·bFW(L)或反向差补脉冲MI·bBW(L)。YK7232A磨齿机数控伺服控制系统技术使用说明书第7页共25页差动系数和螺旋角方向由PLC根据输入参数算出,经由系统CPU写入参数设定寄存器。差动系数计算公式如下：d=（2*3003948.965*sinβ）/(M*Z)。4.2YKA02板本板主要产生系统所需的时序，实现砂轮信号的分齿，并将各路控制脉冲信号按不同时序同部后合成平衡计数器的加减信号。a.由主时钟１０ＭＨＺ钟振通过时序同步脉冲发生器，产生伺服控制系统电路中所需的7种时钟脉冲,它包括T00、T1(L)、T2(L)、T3(L)、T4(L)、T41(L)和T42(L)。其相互关系详见图一所示。100nsT00T1(L)T2(L)T3(L)T4(L)T41(L)T42(L)图一:时钟时序示意图YK7232A磨齿机数控伺服控制系统技术使用说明书第8页共25页b.通过控制脉冲同步驱动电路，把反映系统中运动量脉冲信号以及被控对象运动量的各种脉冲信号进行同步，这些信号包括：工件正（反）走─WPPF(B)W/2；砂轮正（反）走─GWPF(B)W·4·G/Z；工件正（反）向差补信号─MI·B·F(B)W；正（反）向校正脉冲D(R)-CORRECTPULSE。经同步后合成控制系统所需的平衡加（减）脉冲信号─BALUP(DN),并送到系统锁频控制电路板（YKA01），同时还产生锁相控制电路所需的３种同步信号：砂轮正走（反走）×４×Ｇ／Ｚ同步信号─GWPF(B)W·4·G/ZSYN(L);工件正走／２同步信号─WPPFW/2SYN(L)C.完成相差检测，产生与之相对应的砂轮子平衡信号（GWSUBANL）。由砂轮旋转编码器来的脉冲序列（GWPFW×4(L)）与系统时钟同步后完成乘Ｇ(砂轮头数)，其输出作为除法器的基准时钟，并通过除法器实现分齿，得到一个脉宽约为30ns的GWPFW×4×G/Z(L)信号。除法器的输出由控制脉冲采样到D／A，产生相差模拟信号。D.产生系统误差传送脉冲TRANSFER。4.3YKA03板本板主要用于各光栅信号的接收处理及倍频。a.砂轮旋转编码器信号，工件旋转编码器信号及工件行程编码器信号、手摇脉冲信号分别经长线接收器、光电隔离后，再经滤波，并由施密特触发器整形输出两相位差９０°的信号；YK7232A磨齿机数控伺服控制系统技术使用说明书第9页共25页b.砂轮、工件、行程、手摇信号分别由不同的电路产生砂轮旋转编码器信号四倍频脉冲（GWPFW×4（L）），工件旋转编码器信号正(反)走／２信号（WPPFW/2(L)、WPPBW/2(L)），工件行程上行、下行四倍频信号（MIUP×4、MIDN×4），手摇脉冲正/反信号（HDWFW(L),HDWBW(L)）；c.信号波形图：砂轮信号：90°GWUa1GWUa1(L)GWUa2GWUa2(L)GWPFW×4(L)工件信号：90°WPUa1WPUa1(L)WPUa2WPUa2(L)WPPFW/2(L)YK7232A磨齿机数控伺服控制系统技术使用说明书第10页共25页行程光栅信号：90°MIUa1MIUa1(L)MIUa2MIUa2(L)MIUP×4（H）电子手轮信号同上类似，略。4.4YKA04板主要完成磨削工件行程长度的测量以及修形段长的检测，以及修形输出信号的控制。行程长度的测量是在调整状态下自动测量出当前工件的磨削行程长度，用于修形参数的计算与编辑。在有修形磨削时，能通过硬件准确及时地检测出修形段的位置，以中断方式通知CPU及时调整修形参数。在修形时，硬件电路能够按照设定的斜率，准确地产生修形脉冲，斜率和修形方向都由CPU预先设置。YK7232A磨齿机数控伺服控制系统技术使用说明书第11页共25页4.5YKA05板本板实现对X轴的伺服控制。a.能根据回参考点命令，自动发出X轴反向伺服脉冲，直到X轴到达参考点位置；b.X轴上的位移控制，根据CPU设定的位移量和位移方向进行定量位移控制，如进刀、回磨削起始位置、位移命令等；c.提供X轴快进快退功能；d.根据修形脉冲信号，实现修形输出功能；e.提供电子手轮脉冲倍频及驱动输出功能；f.提供X轴位置记忆功能；g.提供软/硬限位保护功能，软限位前端为1～15可设定（4位DIP开关），后端209～224可设定（4位DIP开关设定值+209），出厂设定为1～211范围。4.6YKA06板本板是系统CPU控制板，主频11.0592M。a.实现与PLC的串口通信，通信波特率为9600bps，通信端口采用光电隔离；b.提供系统内部参数数据的输入/输出，X轴倍率值的设定，以及部分机床信号命令的输入/输出；c.提供砂轮转速检测与Z轴速度检测数据。4.7YKA07板本板主要功能为控制工件架既与工件转速同步，又按设定的速度向YK7232A磨齿机数控伺服控制系统技术使用说明书第12页共25页上或向下运动。因此，也是一个闭环伺服控制。在本板，按逻辑控制功能分为６部分：a.额定值产生电路工件脉冲WPPFW/2与给定变速系数经二进制比率倍乘器和一个单稳产生一个脉宽为2-3us的脉冲序列，即额定进给。b.快速运动工件架快速运动分两种：快速回中、快速调整。快速回中一般在两种情况下发生，一是在系统上电的时候，系统的上电复位信号通过控制逻辑使工件架进入快速运动状态，并且初始方向向上；二是PLC以命令方式使控制逻辑进入快速运动状态。但这两种情况都是为了使工件架重新回中，所以当中位信号RSW-WPSMID发生时，工件架会停下。当快速调整信号RAPID信号有效时，控制逻辑也会进入工件架快速运动控制，并且碰到上、下限位开关（SW-WPSUP、SW-WPSDOWN）时能自动换向，此时遇中位信号不停，只有RAPID信号撤消时才停止。c.工件架运动方向控制该控制逻辑由RUN给出初始工件架运动方向为向上，而当一个工件磨削完成后，工件架在运动时，由控制逻辑自动检测SW-WPSUP／SW-WPSDOWN限位开关信号，控制工件架运动方向的改变，在换向时，CPU控制工件架500ms的停顿，以缓解