繞線機現代數控系統解析

無獨有偶

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    數控繞線機具有一切數控裝備的高速度、高精度、高柔性和高自動化程度等優點，電子產業的進步也逐步向繞線機的數控系統和伺服驅動系統提出了更高要求，下面主要從數控系統與伺服驅動系統方面介紹其關鍵技術。

    高速化技術-要實現繞線機的數控高速化，首先要求數控系統能對由微小程序段構成的繞線程序進行高速處理，以計算出伺服電機的移動量，同時要求伺服電機能高速度地作出反應。采用32位/64位微處理器，是提高繞線機數控系統高速處理能力的有效手段。在數控繞線機的高速化中，提高主軸轉速占有重要地位。主軸高速化的手段是直接把電機與主軸通過聯接器，聯接成一體，聯接器的變速功能可將主軸轉速大大提高。排線部份則采用直線電機技術來替代目前繞線機排線傳動中常用的滾珠絲杠技術，在提高排線精度的同時，提高了加速度。除在繞線機上不斷采用新型功能部件外，還需在以下幾個方面進行深入研究：

    1.高速繞線必要的工裝模具的跳動及同心度在系統控制的高速運動下，需要專業合理的設計需要高精度的加工，方能滿足高質量的線圈繞制需求。數控系統方面的問題也不再能歸結為簡單的排線幾何動作問題或靜力學問題。新型排線架控制作為一個動態對象，它并不是“亦步亦趨”地跟隨主軸的轉動對所施加線圈進行排線控制，而力圖表現出它的“柔性前瞻和智能性”；另一方面，所施加的控制必須充分顧及被控制對象的動態特性，才能得到預期的控制效果。因此，已經不能像傳統的數控系統那樣，可以將控制系統與被控制對象分開來研究和制造，而必須作為一個整體來處理，研究其在高速狀態下的動力學問題，以及超高速運動控制條件下光、電信號的時滯影響及其消除的問題。在高速情況下，必須研究集數控系統與控制對象為一體的整體聯動、基于整體動力點的非線性控制策略、智能化控制方法等。

    2.機電特性參數的辨識、分析與控制優化高速控制的核心在于實現高加速度，為此需要使伺服機構處于最佳工作狀態，從而獲得系統最大運動加速度。因此，基于系統整體的加速度控制曲線選擇、伺服機電參數的辨識優化、多軸增益的協調控制等是當前繞線機親型數控化研究的熱點。

    3.高速、高精插補運算和控制算法高速、高精插補是將復雜的全自動繞線機運動軌跡按控制規律分解成伺服控制指令。繞制高度復雜化的線圈時，繞線程序由大量細微調整程序構成，繞線機的高速運行除需保證微段程序連續執行外，還需根據主軸的變化及時預測線圈當前狀態，實現高加速度運行要求。這就要求對微段程序的高速、高精插補、高速預處理，微段程序的加減速控制，超前的位置預測，復雜軌跡的直接插補以及高速數據傳輸等進行深入的研究。

    4.面向高速高精線圈繞制的數控編程原理及方法,傳統的數控編程解決了中低速運動中的排線架隨軸移動的問題，但是繞線程序的高速化卻對數控編程從原理與方法上提出了更高的要求。為此．必須在研究高速繞線工藝機理的基礎上，研究適用于高速高精度繞線的數控編程原理及方法。在這方面，繞線機高速運動工藝機理、高速繞線參數知識庫、基于繞線機高速非線性運動誤差補償的規劃、程序速度變化的平滑過渡、基于STEP的速度標準、面向特征繞線程序的高級C語言等都是需要研究的內容。


    高精度化技術提高數控繞線機的運行精度，一般可通過減少數控系統的誤差和采用機器前瞻性的誤差補償技術來實現。在減少CNC系統控制誤差方面，通常采取提高數控系統的分辨率，提高位置檢測精度的方法。然而在高速、高精繞線的情況下，在線動態測量和補償存在著高精度與大量程幾何量之間的矛盾，是傳統檢測方法難以完成的。因此，需要研究新的測量和補償機理，即進行高精度、大量程幾何量的在線動態檢測原理研究，以及控制誤差的在線和實時檢測、預報和補償方法等研究，在位置伺服系統中采用前饋控制與非線性控制等方法。為解決繞線機在高速、高精度運行中的小步長與大行程之間的矛盾，需要研究新的高速驅動原理及機構。在繞線機誤差補償技術方面，除采用齒隙補償、絲杠螺距誤差補償和夾具補償等技術外，近年來對設備熱變形誤差補償和空間誤差綜合補償技術的研究已成為全行業范圍的研究課題。