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基于Delta运动控制PLC的电子凸轮功能高速绕线机设计

来源:福建塔罗科电子设备有限企业 发布时间:2018-12-14 点击次数:

摘要:详细先容了台达DVP-20PM00D运动控制器的凸轮(CAM)的功能,阐述了高速卷绕机的工作原理、工艺要求及相关控制程序。
    
     本文设计的全自动无骨架系列中空电磁线圈高速绕线机,可用于绕制传动线圈、扬声器线圈、天线线圈及各种无骨架通用线圈,具有性能可靠、自动化程度高、速度快、效率高等优点。其优点表明它适合于线圈制造业的大规模生产,如图1所示。
    
     一般绕线机采用具有内置脉冲功能的小型PLC,将绕组轴编码器的速度输出到PLC内置的高速输入点,使绕组轴和安排轴的速度比简单同步。该方法受PLC操作、同步精度差、计算量大、CPU处理时间长等因素的影响,存在绕组不均匀、堆积、塌陷等问题,严重影响绕组产品的质量,如PLC对绕组轴角编码器进行高速计数。当计数值达到时,采用中断方式控制绕组轴电机的反向绕组。但是,由于CPU处理时间的影响,会出现滞后误差,在低速时基本能满足绕组要求,但对于多层线圈的高速绕组,绕组端面会变得不规则,成品质量下降。
    
     台达DVP-20PM00D是一种特殊的运动控制PLC。采用高速双CPU结构,采用独立CPU处理运动控制算法。可实现各种运动轨迹控制、逻辑运动控制、直线/圆弧插补控制等。利用20PM运动控制器的电子凸轮功能,解决高速绕线机绕组方向不均匀的问题,如图2所示。
    
     (1)齿条,框架由角钢框架和不锈钢台面组成,脚轮布置成便于移动。当设备就位时,支撑脚可作为稳定支撑而降低。
    
     (2)卷绕机构,主要由台达B系列200W伺服电机、同步齿带和卷绕飞叉组成。它是电子凸轮运动的主轴。铜丝是绕线机的主要运动部件之一,由飞叉转动到绕线模头。
    
     (3)张力机构。张力调节器具有调节旋钮,可根据不同的要求调节张力。调整后,张力调节器可自动控制绕组张力。
    
     (4)布置机构,包括台达B系列100W伺服电机、精密直线螺杆、精密导轨、气动滑叉等,是卷绕机的主要运动部件之一。它是电子凸轮运动中的从动轴布置。它跟随卷绕主轴的前后往复运动,实现卷绕运动中的排列运动。
    
     它由分步电动机、旋转工作台、分叉和卷绕模头组成。本设备为多工位缠绕机,可同时进行模具预热、线切割、加热和脱模。这要求根据不同的位置完成工作表。
    
     (八)热风系统。设备配有两台220V可调温热风枪。模具在卷绕前预热,卷绕后加热线圈,便于脱模。
    
     (9)电气控制,包括电气控制箱和触摸屏操作箱,以DVP-20PM00D运动控制器为控制核心,以触摸屏作为人机交互,以伺服电机作为实行机构,实现对转轴和排线的精确控制,从而保证绕组的精度。电气控制系统的示意图如图4所示。
    
     卷绕头回原点送料至起点张力调整模具预热卷绕,排线加热剪切脱模成品回脱模点送料至起点进行循环生产。
    
     电气控制主要包括绕组布线部分、分步部分和气缸动作控制部分,具体结构见表1。
    
     高速卷绕机的主要控制功能是基于台达20PM电子凸轮的应用,大大提高了成品的质量和效率。
    
     参见图5。凸轮是实现三维空间连杆传动关系和控制的机械结构,自动运动控制系统采用App程序和伺服电机实现三维空间连杆传动关系和控制。App系统是电子凸轮的功能。从图5中可以看出,左侧是大家常用的机械凸轮模式,而右侧是电子凸轮模式。也就是说,机械凸轮控制所需的轨迹是通过编程(与伺服单元配合)完成的,而主凸轮的啮合运动是通过编程实现的。实现了轴和从轴。
    
     (1)获得主轴的位置。获得主轴位置的方法有很多:一种是利用虚拟轴,计算简单准确;另一种是从主轴编码器或伺服脉冲获得主轴编码器的信号,另一种是从测量编码器获得信号。求出,将其转换为主轴位置。
    
     (2)主轴和从轴的啮合。实际上,它定义了主轴和从轴之间的关系(称为凸台)。凸台可以用两种方式来表示:一种是X和Y的点对点关系,另一种是X和Y之间的函数关系。获得凸台的方法有很多:根据相应的关系。实际工作中测得的点与主轴和从轴的标准函数关系,凸轮工作台可定义多个凸轮曲线,确定和实现这些关系后,可根据主轴的位置得到从轴位置。
    
     Delta 20PM运动控制器除了具有线性插补和定位功能外,还具有内置的电子凸轮功能,可用于多种运动控制场合。20PM是具有两个输入输出通道500KHz的2轴运动控制器。在电子凸轮的功能中,X轴定义为从动轴,Y轴定义为主轴。定义凸轮台时,从动轴按照定义的曲线跟随主轴。图6是电子凸轮图形定义App的主要界面。
    
     在App中,大家可以通过图形清晰地设置和修改电子凸轮的曲线。当大家点击输入数据表单设置按钮时,将弹出下面的设置表部分。用户需要设置StartAng、EndAng、Stroke,并通过下拉菜单选择CAMcurve(具有连续、正弦、匀加速等六种曲线,并可添加其他标准曲线和自定义曲线)。设置后,他们可以通过按设置完成按钮在主屏幕上绘制位移、速度和加速度坐标。
    
     图8是高速卷绕机的电子凸轮曲线。根据绕组主轴采用循环方式布置从轴。计算主从轴关系的公式如下:
    
     距离(圆周)=pi*D(mm)或者距离(圆周)=pi*D(mm)或者距离(圆周)=pi*D(mm)。
    
     主轴旋转所需的脉冲波为3600PR=主轴旋转对应的主轴旋转所需的周期数=100PR=相应的滚珠丝杠运动距离=0.1mm
    
     主从动关系=(主轴旋转的脉冲*凸轮循环的匝数)/(脉冲*匝数*线直径*从主轴旋转的匝数与主轴旋转循环的匝数对应的布局宽度)
    
     (1)系统困难:绕组机在换向处绕组不均匀,堆积不均匀;绕组机在换向处有螺旋线和不均匀绕组,不能进行对角绕组,偶数和奇数绕组。
    
     (2)难点分析,由于普通PLC速度指令处理时间较长,造成换向点绕组和叠加不均匀。换向受程序扫描周期的影响。没有同步指令,无法实时刷新。同时,伺服刚度参数和动态响应速度也是其原因之一。
    
     倾斜绕组在爬坡时需要增加每个圆的宽度和厚度。奇偶绕组是指改变各层绕组匝数的奇偶数。两种绕组方法都需要在每次绕组之后进行计算。由于普通小型PLC工作时间长,无法实现高速斜绕和偶数绕组。
    
    

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