水车项目开发
水车项目开发
项目来源：台州伊韦特委托开发
项目编号：
承担单位：杭州正宇科技有限公司
技术人员：余文祥
水车项目开发-5657威尼斯
1.1 简介
阀门水车:
图1 水车外观
图2 水车内部转盘
1.2 工艺流程
如图2转盘一共有6个工位，除了夹料的工位无法加工，其余五个工位都有加工工位，故称5轴水车。
1. 每个轴都有各自的加工工位，比如本项目中的水车，一轴有右工位镗孔加工。
2. 二轴左工位有左右两个镗孔工位。
3. 三轴有一个镗孔，以及一个车牙。
4. 四轴左攻牙，右攻牙。
5. 五轴拉槽工位。
所有工位可以归纳为四种种加工方式：
1. 镗孔:主要是伺服为进给轴，阿尔法伺服主轴为旋转轴。
2. 攻牙:伺服为进给轴，阿尔法伺服主轴为旋转转轴，与镗孔轴不同的是，进给轴的脉冲要反馈给阿尔法伺服主轴以便双轴同步。
3. 车牙:三个轴均为伺服，旋转轴为主动轴，进给轴与展刀轴分别与旋转轴同步。
4. 拉槽:进给轴与展刀轴为伺服，旋转轴为阿尔法伺服主轴。
水车转盘每旋转一次，所有工位根据设置加工一次，每个工件随着转盘旋转一周就能做出成品。
1.3水车特点
（1）所有工位均是全自动工作，每个产品只需要对一次刀，调出参数就可以加工产品。
（2）员工需要操作的就是取料与放料还有按一次开关，操作非常简便。
（3）阀门水车效率很高，进给轴的速度可以根据工件的特性来改变，六个工位一起工作相当于一次同时做六个产品。
（4）采用伺服轴之后，稳定性以及精度得到了提升。
2.1目标
整套系统一共使用了12颗伺服，7颗伺服主轴，控制器选择最多控制16轴的10mc，加两路i/o扩展，一块10寸触摸屏，完成一整套控制方案。在安全与速度上花更多的精力去优化。
2.2预期效果
（1）10mc控制所有12轴伺服，以及阿尔法伺服主轴，使用台达触摸屏作为人机面。所有产品的参数以及对刀调整都可通过触摸屏来修改。
（2）使用了伺服作为所有工位的进给轴，这会比之前伺服油缸来得更加精准，精度比之前的油缸提高一个数量级。
（3）所有工位在程序中都有安全保护，确保转盘与各个工位都没有冲突，以防止进给轴未复位，装盘就开始旋转。
（4）转盘由原先的油缸控制，换成伺服控制，旋转角度更加精准，速度提高一倍，并且精度的提高会减小锁紧油缸与转盘之间的间隙，提高使用寿命。
（5）取料放料的工位必须要有光栅，员工的操作安全是最重要的。
（6）进给轴伺服均使用的是绝对值伺服，取消限位以及原点开关，大大的减小故障点。
3.1 开发工作涉及的内容
（1）除了转盘伺服其余十一个轴均使用绝对值伺服，这里涉及到绝对值伺服的使用以及设置，所有的限位以及原点开关取消。
（2）10mc控制器的使用，10mc控制器有两个模块plc模块以及mc模块，其中plc主要负责逻辑动作以及大部分运算，mc模块主要负责12个轴的运动，以及多轴同步运动还要使用10mc的电子凸轮功能，在程序设计上会花比较多的时间。
（3）要整理所有工位的对刀参数，以及位置参数，把所有12各轴的零点位置，进给位置，各轴的速度全部要整合在触摸屏上，工作量还是比较大。
（4）熟悉各个工位加工工艺，不能仅知道动作，还要了解不同的速度以及不同的刀具对最终产品的影响，所以最主要还是要把工艺吃透。
（1）根据用户需要确认设备上所需的i/o口，点位如下：
图3 设备i/o表
10mc自带输入输出远不够使用，所以根据io表，加两组dvp16sp11t右侧扩展模块才能满足使用。
（2）12颗a2伺服，其中11组为绝对值伺服电机，1组为普通电机。7组阿尔法伺服主轴。
（3）台达dopb10e615作为触摸屏（客户考虑今后可能会有组态需求）。
3.3方案确立
控制器: dvp10mc11tdvp16sp11t*2
伺服: asd-a2-1521-m *8（进给轴） asd-a2-3023-m（车牙旋转轴） asd-a2-0721-m *2（展刀轴）asd-a2-2023-m（转盘）
触摸屏: dopb10e615
变频器:as600m*7
4.1技术路线（如何做）
在确定方案之后，接下来的工作就是如何整合这些配置，根据工艺流程转化成程序，通过交互界面反映给操作人员，下图为控制系统整合示意图：
图4 电气配置连接示意图
如图4所示：触摸屏与10mc通过rs232连接，10mc与12个伺服通过canopen连接。7个伺服主轴通过rs485与10mc连接。
程序主要有以下几点：
1. 逻辑动作：从夹具加料开始，转盘开始动作，转盘旋转到位之后，各个工位根据触摸屏上的选择进行动作，动作结束之后，确保所有轴回到起始位置，转盘才能进行下一个动作。
2. 运动控制：根据每个工位的功能，回零，镗孔，攻牙，车牙，拉槽来写出程序。
3. 数据运算：每个工位的原点，快进位置，回退位置，慢进深度，螺纹距离，经过赔率换算得出脉冲值，反之，对刀每个轴的原点位置，镗孔深度也要经过倍率换算。
4. plc模块与mc模块之间的数据交换，字位交换。
5. 车牙轴的电子凸轮建表。
（1）攻牙工位：
1）攻牙在本项目中使用的方案是，进给轴为主动轴，进行位置精确定位，伺服cn1中oa，/oa，ob，/ob编码器回馈信号给阿尔法伺服主轴，攻牙信号给到阿尔法多功能输入端子，切换成位置模式，跟随进给轴的编码器回馈信号走位置模式。进给轴进给到位，然后回到初始位置时结束攻牙信号。
2）不同的螺距修改p1-46，更改每圈反馈的脉冲数：
p1-46=伺服1圈进给量/螺距*10000
3）这里的阿尔法的增益调整比较重要，这里要把进给轴的加减速时间适当增大，然后把伺服主轴的加减速降到最小，再把位置增益加大刚好不抖动，使其跟随性提高，这样攻出来的螺纹就比较平滑，停顿的痕迹就会比较轻微。
图5 攻丝效果图
增益对于不同的机构以及不同的刀具都会有所不同，所以调整增益就显得额外重要，这个工位程序实现并不难，主要在于增益调整。
（1） 三轴车牙：
这个工位最大的难点是有平螺纹（g螺纹）和锥螺纹（pt螺纹）之分：
图6 两种螺纹示意图
两个在工艺上的最主要区别就是，pt螺纹的展刀轴在进给轴前进时，也要按一定的比例跟随前进，而g螺纹展刀轴在进给轴前进时不动作。
1）g螺纹：
在这里三轴同步的方案是旋转轴为主动轴，在程序中只要定两次位置，快进位置>慢进位置>回退位置，其中到快进位置时触发进给轴和展刀轴的电子凸轮：
图7 旋转轴为从动轴的凸轮曲线
图8 展刀轴为从动轴的凸轮曲线
图7其实就是一条斜线，斜线的的斜率就是由螺距决定：
旋转轴圈数*旋转轴每圈脉冲/进给轴进给深度*进给轴脉冲倍率
图8是一条平直线，在最末尾的时候下拉，主要为了让螺纹加工最后一圈展刀慢慢淡出，防止留下痕迹，这里的主要要使用凸轮表格的缩放比：
主轴缩放：旋转轴脉冲总数/横坐标最大值。
从轴缩放：展刀进刀量*展刀脉冲倍率/纵坐标最大值。
监控两个轴的位置变化：
图9 进给轴位置变化
图10 展刀轴位置变化
2）pt螺纹：
图11 旋转轴为从动轴的凸轮曲线
图12 展刀轴为从动轴的凸轮曲线
图12的曲线跟pt螺纹的就完全不一样了，主要就是随着旋转轴，展刀轴要随着螺纹的锥率慢慢回退。而且缩放跟g螺纹是一样的：
主轴缩放：旋转轴脉冲总数/横坐标最大值。
从轴缩放：展刀进刀量*展刀脉冲倍率/纵坐标最大值。
监控两个轴的位置变化：
图13 进给轴位置变化
图14 展刀轴位置变化
两个轴动作没有问题，最需要注意的是，电子凸轮的曲线是命令位置取消，但是不同伺服执行会根据自身的加减速时间和加减速平滑曲线导致会有滞后现象，所以如果两个州的平滑曲线没有相配合好，会导致螺距不均匀的现象，解决方法就是从动轴一定要把平滑曲线跟主动轴对应起来，这样加工出来的螺距就很标准。
pt螺纹跟g螺纹最大的差别就在展刀的动作。
1. 设备外观
图15 设备外观
2. 线路布置
图16 线路布置图1
图17 线路布置图2
3. 触摸屏上的参数设置
图18 程序主画面
图19 产品参数
产品的所有参数都在这里修改，非常直观明了。
图20 调试画面
所有工位都可以通过这些画面来调整对刀，微调，比较方便。
(1). 水车这个项目，前前后后参与的时间将近有2个月多，这个项目对于我来说，真的是受益匪浅，这个项目让我对运动控制有了真正的认识，通过这次项目我对10mc的特性有了非常深刻的了解。
(2). 对于水车工艺本身，我自己也明白，对于一款产品的工艺了解程度可以直接影响整个项目的进程，攻牙，攻丝，拉槽，车牙，慢慢地对这个行业的工艺有了全新的认识。
(3). 还是要合理安排工作进度，要把调试各个环节中可能出现的问题充分考虑进去。跟现场设备机械，或者操作员工多多交流，经验非常重要。
(4). 特别车牙的三轴同步功能前后花了不少时间，从中也吸取了很多经验，还是要意识到工艺的重要性。
