基于LabVIEW電解機(jī)床保護(hù)系統(tǒng)研制

王 健，孫倫業(yè)，張永紅，宋子豪

(安徽理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

0 引 言

電解加工時(shí)如果陰極的進(jìn)給速度大于陽極的腐蝕速度，就有可能造成陰極和陽極的短路，造成陰極燒傷[1]。電解加工時(shí)陰極燒傷會(huì)造成之后的零件加工精度降低。為了保證零件的加工精度和減少陰極損傷帶來的經(jīng)濟(jì)損失，研制電解機(jī)床的保護(hù)系統(tǒng)勢(shì)在必行。筆者通過對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)機(jī)制的了解，通過LabView編寫出保護(hù)程序，實(shí)現(xiàn)在故障時(shí)快速退刀，解決陰極燒傷帶來的損失。

1 保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 電解加工機(jī)床工作原理

圖1為電解加工機(jī)床基本構(gòu)造。X軸由私服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制陰極的回退和進(jìn)給。C軸由直驅(qū)回轉(zhuǎn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，控制陰極低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。X軸和C軸協(xié)同工作從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工運(yùn)動(dòng)[2]。

圖1 電解加工機(jī)床基本構(gòu)造1.伺服電機(jī) 2.行星減速器 3.滑枕平臺(tái) 4.直驅(qū)回轉(zhuǎn)馬達(dá) 5.底座 6.主軸 7.軸承座 8.直線軸承 9.陰極工具 10.陽極工件 11.直線導(dǎo)軌 12.直線光柵

1.2 保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

圖2為電解加工機(jī)床保護(hù)過程的示意圖。保護(hù)的方案是在電解加工過程中通過數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)采集加工時(shí)電流，監(jiān)測(cè)其是否發(fā)生突變或者超過正常工作是的額定電流，如果沒有超過正常工作時(shí)的額定電流，陰極刀具會(huì)繼續(xù)進(jìn)行程序預(yù)設(shè)的加工運(yùn)動(dòng)。假如檢測(cè)的電流超過正常工作的額定電流，機(jī)床陰極原來運(yùn)動(dòng)程序會(huì)立即停止，保護(hù)的運(yùn)動(dòng)程序介入，然后控制陰極快速后退至起始位置，最后關(guān)閉程序。

圖2 為電解加工機(jī)床保護(hù)示意圖

1.3 保護(hù)系統(tǒng)硬件組成

電解加工機(jī)床保護(hù)系統(tǒng)的硬件組成圖3所示，主要包括運(yùn)動(dòng)控制卡、直流電流變送器、數(shù)據(jù)采集卡和PC主控機(jī)等部分。

圖3 復(fù)合電解加工機(jī)床對(duì)刀系統(tǒng)硬件

運(yùn)動(dòng)控制卡: 選用美國Delta Tau公司 Turbo PMAC2-Eth-Lite多軸控制器控制卡。此控制卡可以PC機(jī)進(jìn)行通訊，配合機(jī)床上的光柵可以實(shí)現(xiàn)對(duì)X軸直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制動(dòng)和對(duì)運(yùn)動(dòng)位置的實(shí)時(shí)精確監(jiān)測(cè)。

數(shù)據(jù)采集卡：NI USB6002是一款多功能DAQ設(shè)備。它提供了模擬I/O、數(shù)字I/O和一個(gè)32位計(jì)數(shù)器。采集卡采用的是總線供電，連接PC機(jī)配合驅(qū)動(dòng)使用[3]。

直流電流變送器：由于電解加工時(shí)的電流可達(dá)幾百安培，使用采集卡不能直接采集，電流變送器可將大電流轉(zhuǎn)換為可采集的電信號(hào)[4]。

1.4 保護(hù)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

程序是使用LabVIEW軟件作為開發(fā)平臺(tái)。可以依靠LabVIEW 軟件中的Active X自動(dòng)化調(diào)用PMAC控制卡所提供的服務(wù)器程序PmacServer。來實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與控制卡之間的通信[5]。

調(diào)用“GetResponseEx”函數(shù)的方法來建立發(fā)送指令子Ⅵ，在LabVIEW中調(diào)用PComm32動(dòng)態(tài)鏈接庫中的“PmacGetResponseA”函數(shù)方法建立Ⅵ來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反饋位置[6]。設(shè)計(jì)出機(jī)床X軸運(yùn)動(dòng)子程序如圖4所示，X軸反饋位置子程序圖5所示。

圖4 X軸運(yùn)動(dòng)程序

圖5 X軸反饋位置程序

利用LaBVIEW軟件中數(shù)據(jù)采集工具DAQmx助手采集電解工作中電流的變化，與預(yù)先設(shè)定的額定電流進(jìn)行比較。如果采樣電流小于額定電流，執(zhí)行條件結(jié)構(gòu)中的假事件，假事件為空指令，所以保護(hù)程序不會(huì)干預(yù)機(jī)床程序的正常運(yùn)行。 如果采樣電流大于額定電流，則條件結(jié)構(gòu)中的真事件就會(huì)執(zhí)行，控制X軸電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，然后控制陰極快速后退至起始位置，最后關(guān)閉程序。圖6左側(cè)為采集程序，右側(cè)是條件為真的程序。

圖6 采集程序和條件為真的程序

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

由于電解加工時(shí)的電流過大，此實(shí)驗(yàn)采用低壓電源進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證程序的可行性。如圖7所示實(shí)驗(yàn)采用5V的直流電源，電源串聯(lián)一個(gè)1 Ω電阻，采集卡用單端的方式與電阻并聯(lián)，然后將正極接在工件上負(fù)極連接陰極。預(yù)設(shè)電流閾值為0.1A。

圖7 實(shí)驗(yàn)電源和工件擺放圖

實(shí)驗(yàn)開始時(shí)陰極勻速向前運(yùn)動(dòng)當(dāng)陰極觸碰到工件的一瞬間陰極迅速停止向前運(yùn)動(dòng)，然后快速回退至

起始位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明研制的電解機(jī)床保護(hù)系統(tǒng)具有可行性。

3 結(jié) 語

為了有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控電解機(jī)床在加工時(shí)的實(shí)時(shí)保護(hù)，防止電流過載燒傷陰極，提出了保護(hù)陰極的方案。并以PC機(jī)、PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制卡、直流電流變送器以及 NI USB-6002數(shù)據(jù)采集卡作為系統(tǒng)主要硬件開發(fā)了機(jī)床保護(hù)系統(tǒng)。電流實(shí)時(shí)止運(yùn)動(dòng)并快速回退。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，該方案具有合理性和可行性，該保護(hù)程序可以為以后電解加工提供借鑒，減少加工時(shí)故障帶來的經(jīng)濟(jì)損失。