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ATHD-030型数控压销机的研制与开发

北京奥特恒达技术开发有限公司  杜克强  李孟冬  （100071）
空司军代局驻航空科工集团23所军代室  陆荣  （100854）

    摘要    本文结合发动机生产实际的需要，研制开发了ATHD-030型数控压销机。以工控主机为核心控制单元，基于Linux操作系统，采用PCL839位控卡、PW24-24输入输出卡实现了机床的位置控制、离散逻辑控制。有效地解决了手工压销无法适应的发动机品种多、批量大和供货周期短的难题，大大降低了工人的劳动强度。

    关键词    发动机制造压销 数控机床 Linux

 

    1.引言

    在发动机制造过程中，压销是一道不可或缺的工序。依据发动机种类，销孔的个数及位置分布各不相同。传统压销机的核心为一杠杆机构，其工作流程如下：（1）将发动机毛坯装夹在工作台上；（2）将经过预选过的销钉放置在销孔中；（3）通过摇臂转动丝杠，移动工作台，将压销机压头对准销钉；（4）利用杠杆，大力将销钉压入销孔。该过程有两个难点：第一工作台的精确定位，压头与销孔的轴心偏差不得超过30μm；第二，销钉的压入深度距销孔上端面恒为5±0.5mm。利用传统压销机压销，这两项指标的实现程度与操作人员的操作经验、身体状况密切相关，属于劳动密集型工种。

    鉴于传统压销机的劳动强度，以及生产单位经常变换产品种类，在加工批量大、供货周期短时难以与其他加工环节相合拍，我们研制开发了ATHD-030型数控压销机。

    2.压销机的整体设计

 

    如图1所示为压销机的结构简图。综合考虑控制对象要求的定位精度、负载情况以及成本，采用步进电机直联滚珠丝杠作为工作台的开环驱动单元。机床控制核心采用工控PC机，安装在控制柜（1）中。工作时，工件安装在X滑台（3）上，采用配套夹具进行装夹。由X、Y滑台来控制工件在平面上的相对于压头（5）轴心的位置。采用汽缸对压头的下压和抬起进行控制，在压头行程两端采用霍尔元件对压头位置进行捕捉。

    采用这种设计方案，对于压销过程中的两个难以控制的环节均得到有效的控制：第一，压头轴心与销孔轴心之间的位置偏差由数控系统的控制精度和滚珠丝杠的传动精度来保证；第二，销钉压入销孔中的深度可通过调整汽缸的压力，以及压入到位后的保持时间来保证。一旦调试合格，机床的精度保持性好，并在这两个关键环节均排除了人为误差，从而能够有效地保证工件质量。

    3．数控系统硬件设计

 

    数控系统的硬件体系结构参见图2。工控机为数控系统的核心控制单元，负责对整个系统的调度管理，控制位控卡、I/O卡，从而实现数控系统的位置控制、离散逻辑控制功能。主机配备了网卡，可以通过局域网与其他主机链接实现DNC群控或进行交换数据。

    （1）位置控制[1]

    采用研华PCL839智能位控卡，生成指令脉冲，对步进电机进行位置控制，该卡具有自动梯形加减速的功能。机床坐标轴的正、负限位开关以及零位开关信号直接送入PCL839。工控主机通过直接读写PCL839位控卡的寄存器组来实现监控功能：可以设定输出脉冲的突跳频率、最高频率，以及加速度大小，这些参数决定了坐标轴运行的基本特性；可以指令PCL839产生连续运行、定长度运行脉冲，控制机床零点返回动作等。

    主机计算产生位置指令，写入PCL839指令寄存器，生成指令脉冲，送往步进电机驱动器，从而实现机床的位置控制。

    （2）逻辑控制

    工控主机与PW24-24光电隔离输入输出卡相配合，实现了内置PLC，对来自控制面板的输入信号进行高速扫描，同时将输出信号进行隔离、放大后，直接驱动继电器，从而实现离散逻辑控制功能[2]。

    4．数控系统软件设计

 

    数控系统软件开发基于Linux操作系统，Linux为自由软件，这样可以开发具有自主版权的数控系统。系统按照功能分为以下模块：人机界面管理、机床手动控制、示教功能、机床自动控制、工件参数备份等。其中人机界面采用了类Windows的全中文界面，通过通用键盘实现对机床结构参数、工艺参数的设定和修改；在手动控制方式下，可以对机床的坐标轴进行点动、原点返回控制，对输出点进行手动控制；利用示教功能可以记录手动控制的轨迹，并用来自动控制机床运动；在自动方式下，按照事先设定的轨迹对工件进行加工。当更换工件种类时，可以对已设定工艺参数的工件进行备份，以便将来重新取出继续使用。

    图3为自动加工的流程图。对于各销孔位置，可以按照工件的设计尺寸计算出在机床坐标系中的位置，直接填入数控系统提供的表中，从而实现精确定位。

    5.结论

    在ATHD-030型数控压销机完成安装及功能调试之后，采用HP5528A双频激光干涉仪对其定位精度和重复精度进行了检验，检验结果表明机床在6m/min运行速度下，按3s 精度计算方法：定位精度12μm，重复精度25μm，很好地达到了机床的设计要求。

    在长达一个月的试用期间，机床运行稳定可靠，控制精度高，平均每分钟加工一个工件。在更换产品时，只需要重新设定销孔位置即可，不需对操作人员重新进行培训。完全能够适应多品种、大批量、供货周期短的工程实际需要。

    参考文献

    1. PCL-839 3-axis High Speed Stepping Motor Control Card    PC-LabCard Series User’s Manual

    2. 李秉操，张登举，付寿英等    单片机接口技术及在工业控制中的应用    陕西电子编辑部。