旋壓是一種運(yùn)用漸進(jìn)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)變形技術(shù)的先進(jìn)無屑金屬壓力加工方法。它借助旋輪等工具作進(jìn)給動力，將與隨芯模沿同一軸線旋轉(zhuǎn)的金屬毛坯壓向芯模輪廓，使其產(chǎn)生連續(xù)的局部塑性變形而成為所需的空心回轉(zhuǎn)體零件。隨著制造業(yè)發(fā)展的需要，旋壓機(jī)床越來越廣泛地運(yùn)用于自動化和航空航天工業(yè)、藝術(shù)作品、樂器、廚房用具等的生產(chǎn)，特別是像噴氣式發(fā)動機(jī)、渦輪機(jī)、雷達(dá)反射器、衛(wèi)星頭錐體，對旋壓機(jī)數(shù)控系統(tǒng)提出了更高的要求。
        無論在何種數(shù)控系統(tǒng)中，手輪功能都是必不可少的，手輪一般是在非加工狀態(tài)下，用來實(shí)現(xiàn)刀具微動、工件對刀、工作臺運(yùn)動等。但是針對專用的旋壓機(jī)床來說，對手輪有著特殊的要求:(1)在旋壓加工前，調(diào)整芯模和旋輪之間的間隙繁瑣而耗時，要求手輪能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的調(diào)整間隙，即手輪能夠?qū)崿F(xiàn)加工前的普通調(diào)整;(2)在旋壓加工過程中，芯模不能被旋輪擠壓變形，能夠隨時調(diào)整芯模和旋輪之間的間隙，即手輪能夠?qū)崿F(xiàn)加工過程中的在線調(diào)整。
        針對以上兩個問題，作者提出了對應(yīng)的解決方案，采用以“PC+運(yùn)動控制器”為核心的開放式數(shù)控系統(tǒng)，運(yùn)用PLC技術(shù)和VisualC++6.0技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了手輪的普通調(diào)整和在線調(diào)整兩個功能。
1    手輪功能硬件平臺
        針對旋壓機(jī)床運(yùn)動控制的特點(diǎn)，采用以“PC+運(yùn)動控制器”為核心的開放式數(shù)控系統(tǒng)，搭建了雙旋輪旋壓機(jī)床控制系統(tǒng)硬件平臺。硬件平臺主要由PC機(jī)、IMAC400運(yùn)動控制器、放大器、液壓伺服、伺服油缸、滑塊、光柵尺、手輪等組成。
        多軸運(yùn)動控制器選用泰道中國公司的IMAC400四軸運(yùn)動控制器，它是基于TurboPMAC2專門為廣大OEM自動化設(shè)備制造商定制開發(fā)的能夠廣泛適用于各種工況的高性能、高可靠性的運(yùn)動控制解決方案。IMAC400的OPT－D選項(xiàng)提供了一個8k×16位的雙端口RAM，雙端口RAM通過網(wǎng)線連接PC機(jī)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換。它通過AMP接口和伺服系統(tǒng)連接，同時控制4個軸的伺服計算和伺服運(yùn)動。光柵尺的反饋信號通過ENC接口反饋給運(yùn)動控制器。IMAC400具有內(nèi)置PLC，可以在后臺同時運(yùn)行64個異步PLC，提供了16路本地數(shù)字I/O、可擴(kuò)展多至2048個遠(yuǎn)程數(shù)字I/O。同時，IMAC400還提供了JHW接口，主要負(fù)責(zé)手輪信號、主軸反饋信號的輸入和主軸信號的輸出。
        JHW是兩通道手輪接口，每一個手輪通道為用戶提供了一組脈沖和方向差分輸出信號以及編碼器反饋輸入。手輪的脈沖信號通過HA和HB兩路差分信號輸入到JHW接口，手輪的進(jìn)給軸選擇、進(jìn)給倍率等選擇開關(guān)作為IO輸入信號通過本地I/O輸入到IMAC400。
2    手輪功能的基本原理
        文中主要介紹手輪的兩個功能:第一個功能是旋壓機(jī)床在非加工狀態(tài)下，運(yùn)用手輪調(diào)整各個進(jìn)給軸的位置，以便于旋輪和芯模之間間隙的調(diào)整，為加工做準(zhǔn)備，稱這種功能為普通調(diào)整;第二個功能是旋壓機(jī)床在加工狀態(tài)下，發(fā)現(xiàn)偏差時運(yùn)用手輪及時對各軸的位置進(jìn)行在線調(diào)整，稱這種功能為在線調(diào)整。
        不論是普通調(diào)整還是在線調(diào)整，手輪的功能都是基于IMAC400提供的位置跟隨功能實(shí)現(xiàn)的。它是IMAC400運(yùn)動控制器在保持與外界事件同步的諸功能(位置跟隨，時基控制、位置捕捉和位置比較)中最基本的一種。
        對于普通調(diào)整方式，首先將手輪脈沖編碼器產(chǎn)生的脈沖信號發(fā)送到IMAC400中，IMAC400對脈沖信號進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后通過AMP輸出口輸出到相應(yīng)液壓伺服，驅(qū)動相應(yīng)的軸運(yùn)動指定的距離。手輪調(diào)整后的位置可以由以下公式計算得到:p=p0+k(c1－c0)u(1)其中:p為調(diào)整后的位置;p0為調(diào)整前的位置;c0為初始手輪碼盤讀數(shù);c1為當(dāng)前手輪碼盤讀數(shù);k為進(jìn)給倍率;u為進(jìn)給脈沖當(dāng)量。
        由公式(1)可知，通過計算手輪碼盤的當(dāng)前讀數(shù)和初始讀數(shù)的差就可以得到調(diào)整后的位置，因?yàn)檎{(diào)整前的位置、進(jìn)給倍率和脈沖當(dāng)量在調(diào)整之前都已經(jīng)確定。
        對于在線調(diào)整方式，也是首先將手輪脈沖編碼器產(chǎn)生的脈沖信號發(fā)送到IMAC400中，IMAC400對脈沖信號進(jìn)行相應(yīng)的處理，此時需要調(diào)整的軸正在運(yùn)動，手輪的脈沖信號會疊加到當(dāng)前運(yùn)行的程序當(dāng)中，改變對應(yīng)軸的實(shí)際位置。在線調(diào)整的原理圖如圖3所示，其中Ixx05表示主控位置，Ixx06表示位置跟隨方式，Ixx07表示主控范圍因子，Ixx08表示位置環(huán)因子，Ixx09表示速度環(huán)因子。
        在這種情況下，如果調(diào)整量過大或者調(diào)整速度過大，機(jī)床會產(chǎn)生很大的沖擊，為了避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，必須在PLC程序中，對脈沖的大小設(shè)置上限。如果發(fā)出脈沖高于上限，IMAC400自動將此視為上限輸出。