以工控機(jī)為核心，應(yīng)用研華三軸運(yùn)動控制卡PCL839，研制了一種簡單易行的涂膠機(jī)伺服控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在生產(chǎn)實踐中得到了檢驗，成本低，適應(yīng)性好，取得了顯著的效果。 1 引言 本文根據(jù)基于組件技術(shù)的開放式數(shù)控系統(tǒng)的原理，結(jié)合某廠涂膠機(jī)床的數(shù)控改造項目，提出了一種簡易的基于多軸運(yùn)動控制卡的伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)在工程實踐中被證明是切實可行的，達(dá)到了較好的生產(chǎn)效果。并且，該伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對同類機(jī)床的數(shù)控改造具有一定的借鑒意義。 2 涂膠機(jī)的設(shè)計方案 2.1 涂膠機(jī)的加工對象及要求 涂膠機(jī)主要用于汽車車門防護(hù)塑層涂膠，在防護(hù)塑層的表面沿著二維線條圖形噴涂密封沾膠。在加工過程中，膠槍在防護(hù)塑層上勻速運(yùn)動，膠從膠槍噴嘴中噴出，以膠帶的形式涂在工件表面的確定位置上，要求噴涂在工件上的膠帶具有均勻一致的截面形狀及尺寸。如圖1所示，圖中模板上的粗黑線即為要求涂上膠帶的區(qū)域。 由于汽車車門隨著汽車整體設(shè)計而變化，因此防護(hù)塑層的形狀也不是固定的，需要涂膠機(jī)具有能夠加工不同二維圖形的能力，以適應(yīng)不同的生產(chǎn)需要。 2.2 涂膠機(jī)的設(shè)計方案 涂膠機(jī)床的工作臺平面圖如圖2所示。工作臺實際要求尺寸為工作臺面上1300mm（X）×1100 mm（Y）；最大工作速度6m/min；圖形精度0.01mm。涂膠用的膠槍安裝在Y軸上，由電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動，使它在工作臺平面上走出二維圖形軌跡。供膠系統(tǒng)采用專用熱擠膠系統(tǒng)，可實現(xiàn)流量的連續(xù)穩(wěn)定輸送，膠槍的啟閉由涂膠機(jī)控制系統(tǒng)自動控制。 涂膠機(jī)床傳動方式為伺服電機(jī)驅(qū)動絲杠傳動，并且在絲杠的非電機(jī)驅(qū)動端采用雙滑塊支撐的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，該結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)傳動桿的剛性，減少傳動振動帶來的影響，使工作狀況趨于穩(wěn)定，避免出現(xiàn)膠槍抖動的現(xiàn)象。另外，為了增強(qiáng)新涂膠機(jī)的市場適應(yīng)能力，減少廠家的投人，擬增強(qiáng)控制系統(tǒng)的軟件功能，設(shè)計一個涂膠圖形代碼輸入接口，使其能夠方便的加工不同的涂膠圖形。 圖1 單涂膠圖形模板 3 伺服控制系統(tǒng)的組成 控制系統(tǒng)采用工控機(jī)結(jié)合研華的PCL839三軸高速運(yùn)動控制卡組成，通過伺服電機(jī)驅(qū)動器和伺服電機(jī)對膠槍的位置進(jìn)行半閉環(huán)控制。PCL839三軸控制卡可以同時對三根軸的運(yùn)動進(jìn)行獨(dú)立的控制，比較適合應(yīng)用于與本項目類似的場合。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)配置原理如圖4所示。工控機(jī)采用通用PC，它作為高端用戶的操作介面和控制中心，主要負(fù)責(zé)控制信號、狀態(tài)信號的接收、處理和發(fā)布，并完成必要信息在人機(jī)接口上的顯示；PCL 839控制卡在系統(tǒng)中主要完成以下的功能： （1）利用它的16位數(shù)字輸入/輸出通道，將它作為伺服控制系統(tǒng)中工控機(jī)與系統(tǒng)其他部分之間的通訊橋：負(fù)責(zé)接收各個軸的狀態(tài)信號，送到工控機(jī)進(jìn)行綜合處理；接收工控機(jī)發(fā)送過來的控制信號，并發(fā)送到各個指示燈以控制它們的明滅；選擇一些需要顯示的參量信息送至工控機(jī)，在人機(jī)界面上顯示，以在運(yùn)動控制的過程中提供人機(jī)交互的必要信息； （2）接收工控機(jī)發(fā)送過來的控制信號，通過內(nèi)部譯碼器將這些信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號的頻率和個數(shù)分別發(fā)送至相應(yīng)的伺服電機(jī)驅(qū)動器，從而驅(qū)動并控制X軸和Y軸的伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 伺服電機(jī)通過聯(lián)軸節(jié)帶動絲杠分別控制X軸和Y軸，在數(shù)控系統(tǒng)軟件的控制下實現(xiàn)聯(lián)動，使膠槍按照設(shè)定圖形軌跡涂膠。 控制系統(tǒng)軟件采用Visual Basic 6.0編程實現(xiàn)。系統(tǒng)軟件具有兩個層次，包括主模塊和硬件驅(qū)動、界面顯示、讀入涂膠圖形代碼、手動工作、自動工作、系統(tǒng)報警等模塊。第一個層次是硬件的驅(qū)動層，它包括硬件驅(qū)動模塊和硬件出錯報警等模塊。它主要針對系統(tǒng)中的硬件，以實際的硬件設(shè)備為對象，在系統(tǒng)啟動的時候，對驅(qū)動系統(tǒng)中的多軸運(yùn)動控制卡設(shè)定伺服電機(jī)驅(qū)動器的初始狀態(tài)，并在硬件出錯的時候發(fā)出報警信號。這個層次所要達(dá)到的目的，就是使控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備對于系統(tǒng)“上層”控制軟件來說是透明的，使伺服控制系統(tǒng)具有一定的開放性。第二個層次，也就是系統(tǒng)的上層控制軟件，它負(fù)責(zé)收集機(jī)床硬件系統(tǒng)的各種狀態(tài)信息，及PCL 839各個I/O口的狀態(tài)，并具體的實現(xiàn)機(jī)床X、Y軸的各種速度、位置控制，進(jìn)而實現(xiàn)對膠槍的控制等，它主要包括主模塊和界面顯示、讀入圖形代碼、手動工作、自動工作等模塊。該層相對來說是一個具有一定通用性的層次，它只是發(fā)出各種功能控制指令，完成各種信息的綜合處理，而不管系統(tǒng)硬件是如何實現(xiàn)這些功能的。系統(tǒng)的硬件對它來說是透明的。 讀入涂膠圖形代碼模塊負(fù)責(zé)讀入數(shù)控代碼，并將其轉(zhuǎn)換成PCL839可以接受的數(shù)據(jù)形式送到該卡。用戶操作的時候，只需選擇相應(yīng)的數(shù)控代碼文件，即可實現(xiàn)對不同涂膠圖形的加工，大大提高了新的涂膠機(jī)的生產(chǎn)適應(yīng)能力。 涂膠機(jī)的工作方式有手動和自動兩種。手動方式包括點(diǎn)動，步進(jìn)以及回零等，主要用于手動調(diào)整涂膠機(jī)膠槍位置。自動工作方式包括單側(cè)循環(huán)和負(fù)側(cè)循環(huán)兩種工作方式，是正常生產(chǎn)的時候采取的工作方式?？刂葡到y(tǒng)軟件自動工作方式下的程序流程如圖5所示。 圖2 工作臺平面示意圖 圖3 雙滑塊結(jié)構(gòu)示意圖 圖4 伺服控制系統(tǒng)硬件配置原理圖 圖5 數(shù)控系統(tǒng)軟件涂膠加工工作流程圖 4 結(jié)論 利用基于運(yùn)動控制卡的開放式數(shù)控系統(tǒng)控制原理，選取研華工控的PCL839三軸運(yùn)動控制卡，采用工控機(jī)構(gòu)建了一套簡易的自動涂膠機(jī)床伺服控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，實用性高，適應(yīng)性好。投入實際生產(chǎn)近四個月以來，運(yùn)行狀況良好，消除了以前舊式涂膠機(jī)的一些問題，運(yùn)行期間沒有出現(xiàn)大的故障。原有的涂膠機(jī)涂膠工作時間為涂大片80s，涂小片45s。改造后的涂膠機(jī)每大片涂膠時間為54s，小片31s，加上工人放置塑料片件的時間，可以分別達(dá)到每60s和35s一片，工作效率分別提高了25％和22.2％，取得了顯著的效果，為該廠創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益，基本解決了困擾工廠許久的生產(chǎn)壓力，獲得了良好的效果。這種簡單而易于實現(xiàn)的伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對于其他類似的產(chǎn)品而言，也具有一定的借鑒意義。