絲桿驅(qū)動式無卡軸旋切機變速進給系統(tǒng)的研究

絲桿驅(qū)動式無卡軸旋切機變速進給系統(tǒng)的研究

無卡盤旋轉(zhuǎn)機的技術(shù)進步對整個系統(tǒng)的技術(shù)性能至關(guān)重要。目前實現(xiàn)變速進給的常用技術(shù)方式有液壓驅(qū)動式和絲桿驅(qū)動式2種。較具市場生命力的是后一種。絲桿驅(qū)動式無卡軸旋切機常采用電磁調(diào)速電動機作為動力元件拖動絲桿驅(qū)動進給，進給軌跡是直線燕尾槽型。進給行程中，要求電動機轉(zhuǎn)速變化的理論計算公式是：ω=khd(r/min)。式中h是單板切屑厚度(mm)，一般h=0.3～3.7mm;d是原木切削外徑(mm);k是與設(shè)備主軸轉(zhuǎn)速等旋切參量有關(guān)的轉(zhuǎn)速因子(r/min)。從上式可以看出，轉(zhuǎn)速ω是隨著原木切削外徑d的逐漸減小而變加速遞增的，而且變加速曲線因切屑厚度h的不同而不同。因此，能夠滿足該進給轉(zhuǎn)速變化規(guī)律的機械結(jié)構(gòu)是極其復(fù)雜的。本文針對這種設(shè)備，提出一套智能數(shù)控系統(tǒng)，用以實現(xiàn)設(shè)備的高度智能化，并對系統(tǒng)的硬件、軟件技術(shù)要點進行了說明。1d/a轉(zhuǎn)換電路一般情況下，電磁調(diào)速電動機的實際調(diào)速范圍為0～1320r/min（采用調(diào)速控制器手動調(diào)速）。本系統(tǒng)是對普通調(diào)速控制器進行簡易改造，實現(xiàn)外部信號自動控制調(diào)速的。若選用0～5V模擬直流電壓信號，則信號—轉(zhuǎn)速的映射關(guān)系為0～5V0～1320r/min，轉(zhuǎn)速電壓比為每mV0.264r/min。實踐表明，選用12位電壓輸出的D/A轉(zhuǎn)換器TLC5618CD產(chǎn)生0～5V直流電壓信號，其精度和穩(wěn)定性可滿足設(shè)備加工質(zhì)量要求。相應(yīng)的數(shù)字—信號—轉(zhuǎn)速的映射關(guān)系為：0～0FFFH0～1320r/min，每1LSB數(shù)字量對應(yīng)的轉(zhuǎn)速變化量為0.322r/min，這樣就將轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)化成數(shù)字控制。采用高性價比的PIC16C74微處理器，配合先進的位移傳感器，自動完成原木切削外徑的檢測。依據(jù)用戶從鍵盤輸入的不同切屑厚度數(shù)值,根據(jù)轉(zhuǎn)速理論計算公式即可快速完成數(shù)值計算，得到轉(zhuǎn)速實時控制數(shù)值，實現(xiàn)了無卡軸旋切機的高度自動化、數(shù)控化。2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)2.1usb對話模塊的設(shè)計系統(tǒng)硬件原理圖如圖1所示。本系統(tǒng)以PIC16C74單片機為核心，主要包括6個部分：位移傳感器原木切削外徑檢測部分、具有內(nèi)部弱上拉的B口(B7～B0引腳)人機對話按鍵陣列、并行從動口D口的低4位(D3～D0引腳)的數(shù)據(jù)總線和用8421碼譯碼驅(qū)動器CD4056等構(gòu)成的數(shù)碼顯示部分、E口(E2～E0引腳)為控制口和光耦隔離的繼電器執(zhí)行部分、通過SPI接口(SCK、SDO、SDI引腳)和TLC5618D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的轉(zhuǎn)速控制信號傳遞部分以及由可編程非易失性器件X25045構(gòu)成的記憶電路部分。2.2prom、婦人數(shù)字調(diào)碼與sclpPIC16C74是美國Microchip公司生產(chǎn)的低功耗、高性能、CMOS、全靜態(tài)、8位EPROM微處理器，具有先進的RISC指令結(jié)構(gòu)(共有35條精減指令)和指令總線與數(shù)據(jù)總線分離的哈佛結(jié)構(gòu)，可容納14位指令和8位數(shù)據(jù)。二級指令線使其與其它類型8位微處理器相比，可達到2:1的代碼壓縮且速度提高4倍。片內(nèi)自帶4KB的EPROM和192B的RAM及33個I/O口，8級堆棧，多個內(nèi)部及外部中斷源。此外還包括3個定時器/計數(shù)器、2個捕捉/比較/PWM模塊、2個串行口和8通道高速A/D及1個8位并行從動口等。TLC5618是帶有緩沖基準輸入(高阻抗)的雙路12位電壓輸出D/A轉(zhuǎn)換器，其輸出電壓范圍為基準電壓的2倍，且輸出是單調(diào)變化的。用5V單電源工作，器件包含上電復(fù)位功能以確?？芍貜?fù)啟動。通過CMOS兼容的3線串行總線可對TLC5618實現(xiàn)數(shù)字控制。器件接收用于編程的16位字產(chǎn)生模擬輸出；數(shù)字輸入端的特點是帶有斯密特觸發(fā)器，具有高噪聲抑制能力；數(shù)字通信協(xié)議包括SPITM、OSPITM和MicrowireTM標準；可編程的0.5LSB的建立時間為3μs或15μs；實現(xiàn)1.21MHz的輸入數(shù)據(jù)更新速率。當片選為低電平時，輸入數(shù)據(jù)由時鐘定時并以最高有效位在前的方式讀入16位移位寄存器。SCLK輸入的下降沿把數(shù)據(jù)移入輸入寄存器，然后的上升沿把數(shù)據(jù)送到D/A轉(zhuǎn)換寄存器。所有的跳變都發(fā)生在SCLK輸入為低電平時。16位數(shù)據(jù)以圖2所示的順序傳遞。表1為可編程D15～D12的功能。2.3tlc5618光催化器和控制環(huán)系統(tǒng)的可靠性措施為：(1)PIC16C74的復(fù)位引腳采用廉價的降壓保護電路。無論何時，當VDD低于4V時，對3.3V的齊納管都可產(chǎn)生復(fù)位脈沖。(2)對懸空的數(shù)字引腳均通過100Ω的電阻接地。(3)驅(qū)動繼電器的線圈與感性負載的場合，I/O口均采用光耦隔離，并在線圈二端并接額定電流大于回路電流的旁路二極管。(4)采用LM336-2.5模塊產(chǎn)生2.5V精密電壓基準，以進一步確保TLC5618的單調(diào)輸出。(5)使用分離的模擬和數(shù)字地平面的印制電路板提供最佳的系統(tǒng)性能。(6)在VDD與AGND之間必須連接0.1μF陶瓷電容，且必須用短的引線安裝在盡可能靠近器件的地方。(7)使用鐵氧體環(huán)進一步隔離系統(tǒng)模擬與數(shù)字電路。（8）使用絞合屏蔽線或雙股屏蔽線，對模擬信號傳輸靠近調(diào)速控制器一端的屏蔽網(wǎng)線連接到調(diào)速器金屬屏蔽外殼；靠近TLC5618器件一端的屏蔽網(wǎng)線用絕緣膠帶纏包起來,切勿與其它信號及設(shè)備外殼接觸，以避免耦合其它途徑的干擾串入。采取以上措施后，系統(tǒng)即使在十分惡劣的木工加工工作環(huán)境下，也能穩(wěn)定可靠地工作。3軟件系統(tǒng)3.1slep指令穩(wěn)定性本系統(tǒng)對硬件的編程要點：通過配置位激活片內(nèi)看門狗定時器，以提高系統(tǒng)自恢復(fù)能力；采用指令冗余技術(shù)，使系統(tǒng)軟件運行更加穩(wěn)定可靠；CPU在A/D轉(zhuǎn)換開始前執(zhí)行Sleep指令，消除了所有的數(shù)字開關(guān)噪聲，提高了轉(zhuǎn)換精度；應(yīng)用內(nèi)部定時器中斷源編程，方便地解決了轉(zhuǎn)速數(shù)值的精確定時傳送；應(yīng)用外部中斷源編程，以提高設(shè)備運行的實時響應(yīng)性能；對關(guān)鍵實時數(shù)據(jù)掉電非易失性保護，大大提高了系統(tǒng)的記憶功能。優(yōu)化的編程，快速的數(shù)據(jù)檢測處理能力，使系統(tǒng)的智能程度得到很大提高。3.2spi接口通信編程PIC16C74與TLC5618的SPI接口通信程