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西門子數控係統在數控纏繞機中的應用
2024-4-17  來源:天水星火機床有限責任公司   作者:孟子為

  
    【摘要】本文主要介紹了(le)西(xī)門子數控係統在數(shù)控纏(chán)繞機中的應用(yòng)。隨著新技術新材(cái)料的發展,纏繞技(jì)術在軍工航天領域應用非常廣泛,本文介紹的OEM開發界麵,目的在於提高工作效率及工(gōng)作(zuò)精度,降低操作者(zhě)的操(cāo)作失(shī)誤,提高纏繞機(jī)自動化水平。

    隨著國民經濟的快速發展,新材料(liào)、新技術的不斷推進,纏繞技術在航空航天領域發展很快。數控纏繞機床是筒形、球形、錐(zhuī)形、異形和異(yì)形截麵製件的專用設備,是目前使用玻璃纖維(wéi)、碳纖維等多種纖維進行螺旋、環形、組(zǔ)合(hé)線型的(de)濕法(fǎ)或幹法(fǎ)纏繞的設備,自動化程度高。這就要求我(wǒ)們的控製技術也要迅速提升,在數控纏繞機中選用西門子840Dsl係統,進行二次開發,提高數(shù)控纏繞機的自動化水平,提(tí)高控製精度,提高工(gōng)作效率。
  
    1.數控纏(chán)繞機概述
  
    纏繞成型工藝是將(jiāng)浸過樹脂膠液的連(lián)續(xù)纖維(或布帶、預浸紗)按照一定規(guī)律纏繞到芯模上,然後經固化、脫模,獲得製品。根據纖維纏(chán)繞成型時樹脂基體的物理化學狀(zhuàng)態不(bú)同,分為(wéi)幹法纏繞、濕法纏繞和半幹(gàn)法纏繞三種。
  
    纖維纏繞成(chéng)型的優點 :
  
   (1)能夠按產(chǎn)品的受力狀況設計纏繞規律,能充分(fèn)發揮纖維的強度。
   (2)重量輕:一般來講,纖維纏繞壓力容器與同體積、同壓力的鋼(gāng)質容器相比,重量可減輕40%~60%。
   (3)可靠性高:纖(xiān)維纏繞製(zhì)品易實現機械化和自動化生產,工藝條件確定(dìng)後,纏出來的(de)產(chǎn)品質量穩定,精確。
   (4)生產效率高:采用機械化或自動化生產,需要操作工人少,纏繞速度快(240m/min),故勞動生產率高。
   (5)成(chéng)本低:在同一產品上(shàng),可合理配選若幹(gàn)種材料(包括(kuò)樹脂、纖維和內襯),使其再複合,達(dá)到最佳(jiā)的經濟效果。 

    2.數控纏繞機結構示意圖及簡介

  
    數控纏繞機床為單工位四軸聯動纏繞機,主要由控製係統、主機、小車和紗架、纏繞軟件組(zǔ)成,小車和紗架可在導軌上縱向移動。4個聯動軸(zhóu):主軸旋轉軸(C),小車和紗架移動軸(X),伸臂移動軸(zhóu)(Z),繞絲嘴回(huí)轉軸(A)。主軸(C)使芯模做回轉運動,小(xiǎo)車和紗架移動軸(zhóu)(X)使絲嘴沿芯模軸向做往複(fù)運動,伸臂移動軸(Z)使絲嘴沿芯模做徑向運(yùn)動,繞絲嘴回轉軸(A)使絲嘴繞伸臂軸轉動。其中(zhōng)X和Z軸為直線軸(zhóu),C和A軸為(wéi)旋轉軸。
  
   紗架平台為承載紗架和初張力裝置的(de)焊接部件,同(tóng)時作為運動(dòng)軸,與纏繞平台同(tóng)步運動。紗架係統內總(zǒng)共可(kě)安裝10個標(biāo)準紗團:紗團(tuán)內徑φ76mm、最大外徑φ200mm、紗團(tuán)長度280mm,單個紗團最大重量10kg。每團紗配備一個閉環氣電控製張(zhāng)力器,張力能自動檢測調節,同時能夠顯示每團紗的設定值及實時張(zhāng)力值,並能對紗團直徑及出紗速度變化引起的張力波動進行補(bǔ)償,同時(shí)對由小車換向等引起的張力波動(dòng),由自動收紗裝置進行補償。
  
   張力控製係統采用兩級張力控製:第一級采用氣電結合的(de)電子(zǐ)伺服式張力控(kòng)製係統;第二級張力控製對出紗處浸完膠後的紗帶(dài),通過歐米伽輪實現第二級張力控製,采用(yòng)張力傳感(gǎn)器的輸入作為反饋,采用磁粉製動器組成的歐米伽輪作為施力部(bù)件,實現閉環控製。
  
   3.數控(kòng)纏繞機特點功能
  
   數(shù)控係統選用西門子840Dsl係統,強大靈(líng)活的係(xì)統功能,發揮了其(qí)獨特的優勢。大扭矩1FT6伺服電機最大靜態扭矩可達175N·m;大功率1PH7伺服電機(jī)可提供高於100kW的功率;多軸控製,840Dsl可實(shí)現多(duō)到31個軸的控製;多軸聯動加工功能(néng);強大的PLC功能,集成了S7-300的複雜(zá)功能,控製點多,功能強大的模擬量輸入輸(shū)出功(gōng)能,可以很方便地實現(xiàn)動態(tài)監控及組(zǔ)態控製;采用Profinet網絡功能,既減(jiǎn)少硬件接線(xiàn)、又(yòu)使(shǐ)結構簡單清晰(xī)化、減少了故障點。靈活(huó)的HMI界麵擴展功能,可編(biān)寫特殊的顯示畫麵及工藝畫麵;人機對話(huà),監控(kòng)、保護(hù)等功能易於實現。張力控(kòng)製模擬信號4~20mA輸出到PLC,溫度測量采用鉑銠熱電偶測量(-10℃~ +80℃), 帶信號放大器,模擬信號4~20mA輸出到PLC,紗線速度(dù)和纖維(wéi)長度測量采用旋轉編(biān)
碼器測量,編碼(mǎ)器(qì)1800脈衝/轉,測速輪周長180mm,5V TTL信號(差(chà)動輸出(chū)),二路(lù)張力測量采用稱重傳感器測量(0~800N), 帶信號放大器,模擬(nǐ)信號4~20mA輸出到PLC,模擬量輸入輸出信號,通過軟件處(chù)理可以很方便在OEM界麵上顯示和設置,大大提升了纏繞機的自動(dòng)化水
平。
  
    二次開發專用界麵包括實時纏繞(rào)數據界麵、工藝參數界麵(miàn)、芯模參數界麵、張力調(diào)整表界(jiè)麵、帶寬調整表界麵、線型調整表界麵、CAQ係統界(jiè)麵(miàn)等。
  
    4.纏繞機實(shí)時纏繞數據專用界麵介紹
 
  

    在實時纏繞數據區,可以顯示膠槽溫度、紗線(xiàn)瞬時速度、紗線最大(dà)速度、紗線平均(jun1)速度、纖維長度、張力設定值(zhí)、張力左工(gōng)位實測值、張力右工位實測值、張力最大值、張力平均值。其中膠(jiāo)槽溫度(dù)、紗(shā)線瞬時速度、張力左工位實測值、張力右(yòu)工位實測值(zhí)是(shì)一直測量的,紗線最大速度、紗線平均速度(dù)、纖維(wéi)長度、張力最大值(zhí)、張力平均值(zhí),是纏繞程序執行後開始(shǐ)測量的。張力設定值是指執行纏繞程序時根(gēn)據張力調整表得(dé)到的當前(qián)層的設(shè)定值。
  
    5.纏(chán)繞機工(gōng)藝參數設置專用界麵介紹

  
    在工藝(yì)參數(shù)區,可以顯示線型顯示、層數顯示、帶寬(kuān)顯示、單(dān)件纏繞時間、工件數、累計運行時(shí)間、每一層(céng)的循環次數、總的循環次數。層數顯示是指當前(qián)纏繞到哪一層;線型顯示(shì)和帶寬(kuān)顯示,是根據當前纏繞到(dào)的層數對(duì)應的線型和帶寬;單件纏繞時間是指(zhǐ)單個纏繞程序執行的時(shí)間;工件數是指(zhǐ)執行過的纏繞程序個數之和,也就是總的工件數;累計運(yùn)行時間是指執行(háng)過的纏繞程序的運行時(shí)間之和;每一層的循環次數是指當前層的纏繞子程序所循環的次數;總(zǒng)的循環(huán)次數是指當前層(céng)的纏繞子程序所循環的次數與之前每層的纏繞子程序所循環的(de)次數之和;工件數和累計運行時間(jiān)在機(jī)床斷電和NC複位後會保持住。若需要將工件數和累計運行時間清零,點擊下麵(miàn)的“清零”軟鍵即可。
  
    該軟件適用於纏(chán)繞(rào)罐體(等開口及不等開口(kǒu))、管道、球體、錐體、組合體等回轉體及方形製品,纏繞線型適應停留纏繞、環向纏繞、螺旋纏繞、平麵纏繞及組合纏繞,測地線和非測地線纏繞,並具有不同線型間自動過渡功能。具備線型仿真功能。能夠計算出纏繞時間、纖維用量等纏繞數據(jù)。對於(yú)纏繞過程(chéng)數據(jù)可保存到數據(jù)庫中,便於導出到係統外,用於事後數據分析。纏(chán)繞線(xiàn)型具有(yǒu)後處(chù)理功(gōng)能,處理後生成的纏(chán)繞程序格式與西(xī)門子控製係統(tǒng)兼容。
  
    6.結語
  
    纏繞機選用了西門子840Dsl係統,利(lì)用840Dsl的強大(dà)功能,在840Dsl係統OEM開發平台上二次開發界麵,操作者無須(xū)編程,隻需設置相關(guān)的工藝參數,界麵(miàn)直觀適用,操作簡捷方便,故障排除簡單明了,極大地提高了加工效率;工藝參數,包括芯模參數(shù)、張力調整表(biǎo)、帶(dài)寬調(diào)整表、線型調整表,為了方便使用,每一套參數可以保存成文件,同時也可以對保存過的文件進行相應管理,為後續質量分析,設備利用率,提供大數據,是集新工藝、新材料製造技(jì)術、自動化控製技術、傳感技術、伺服驅動等技術為一體的自動化設備,值得推廣應用。





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