基于IMAC400的手輪功能的實現（一）

        旋壓是一種運用漸進旋轉點變形技術的先進無屑金屬壓力加工方法。它借助旋輪等工具作進給動力，將與隨芯模沿同一軸線旋轉的金屬毛坯壓向芯模輪廓，使其產生連續的局部塑性變形而成為所需的空心回轉體零件。隨著制造業發展的需要，旋壓機床越來越廣泛地運用于自動化和航空航天工業、藝術作品、樂器、廚房用具等的生產，特別是像噴氣式發動機、渦輪機、雷達反射器、衛星頭錐體，對旋壓機數控系統提出了更高的要求。
        無論在何種數控系統中，手輪功能都是必不可少的，手輪一般是在非加工狀態下，用來實現刀具微動、工件對刀、工作臺運動等。但是針對專用的旋壓機床來說，對手輪有著特殊的要求:(1)在旋壓加工前，調整芯模和旋輪之間的間隙繁瑣而耗時，要求手輪能夠實現準確的調整間隙，即手輪能夠實現加工前的普通調整;(2)在旋壓加工過程中，芯模不能被旋輪擠壓變形，能夠隨時調整芯模和旋輪之間的間隙，即手輪能夠實現加工過程中的在線調整。
        針對以上兩個問題，作者提出了對應的解決方案，采用以“PC+運動控制器”為核心的開放式數控系統，運用PLC技術和VisualC++6.0技術，實現了手輪的普通調整和在線調整兩個功能。
1    手輪功能硬件平臺
        針對旋壓機床運動控制的特點，采用以“PC+運動控制器”為核心的開放式數控系統，搭建了雙旋輪旋壓機床控制系統硬件平臺。硬件平臺主要由PC機、IMAC400運動控制器、放大器、液壓伺服、伺服油缸、滑塊、光柵尺、手輪等組成。
        多軸運動控制器選用泰道中國公司的IMAC400四軸運動控制器，它是基于TurboPMAC2專門為廣大OEM自動化設備制造商定制開發的能夠廣泛適用于各種工況的高性能、高可靠性的運動控制解決方案。IMAC400的OPT－D選項提供了一個8k×16位的雙端口RAM，雙端口RAM通過網線連接PC機進行高速數據交換。它通過AMP接口和伺服系統連接，同時控制4個軸的伺服計算和伺服運動。光柵尺的反饋信號通過ENC接口反饋給運動控制器。IMAC400具有內置PLC，可以在后臺同時運行64個異步PLC，提供了16路本地數字I/O、可擴展多至2048個遠程數字I/O。同時，IMAC400還提供了JHW接口，主要負責手輪信號、主軸反饋信號的輸入和主軸信號的輸出。
        JHW是兩通道手輪接口，每一個手輪通道為用戶提供了一組脈沖和方向差分輸出信號以及編碼器反饋輸入。手輪的脈沖信號通過HA和HB兩路差分信號輸入到JHW接口，手輪的進給軸選擇、進給倍率等選擇開關作為IO輸入信號通過本地I/O輸入到IMAC400。
2    手輪功能的基本原理
        文中主要介紹手輪的兩個功能:第一個功能是旋壓機床在非加工狀態下，運用手輪調整各個進給軸的位置，以便于旋輪和芯模之間間隙的調整，為加工做準備，稱這種功能為普通調整;第二個功能是旋壓機床在加工狀態下，發現偏差時運用手輪及時對各軸的位置進行在線調整，稱這種功能為在線調整。
        不論是普通調整還是在線調整，手輪的功能都是基于IMAC400提供的位置跟隨功能實現的。它是IMAC400運動控制器在保持與外界事件同步的諸功能(位置跟隨，時基控制、位置捕捉和位置比較)中最基本的一種。
        對于普通調整方式，首先將手輪脈沖編碼器產生的脈沖信號發送到IMAC400中，IMAC400對脈沖信號進行相應的處理，然后通過AMP輸出口輸出到相應液壓伺服，驅動相應的軸運動指定的距離。手輪調整后的位置可以由以下公式計算得到:p=p0+k(c1－c0)u(1)其中:p為調整后的位置;p0為調整前的位置;c0為初始手輪碼盤讀數;c1為當前手輪碼盤讀數;k為進給倍率;u為進給脈沖當量。
        由公式(1)可知，通過計算手輪碼盤的當前讀數和初始讀數的差就可以得到調整后的位置，因為調整前的位置、進給倍率和脈沖當量在調整之前都已經確定。
        對于在線調整方式，也是首先將手輪脈沖編碼器產生的脈沖信號發送到IMAC400中，IMAC400對脈沖信號進行相應的處理，此時需要調整的軸正在運動，手輪的脈沖信號會疊加到當前運行的程序當中，改變對應軸的實際位置。在線調整的原理圖如圖3所示，其中Ixx05表示主控位置，Ixx06表示位置跟隨方式，Ixx07表示主控范圍因子，Ixx08表示位置環因子，Ixx09表示速度環因子。
        在這種情況下，如果調整量過大或者調整速度過大，機床會產生很大的沖擊，為了避免此類現象的發生，必須在PLC程序中，對脈沖的大小設置上限。如果發出脈沖高于上限，IMAC400自動將此視為上限輸出。