摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹利用PLC控制步進(jìn)電機(jī)對(duì)執(zhí)行元件進(jìn)行自動(dòng)分度，重點(diǎn)介紹一種PLC控制步進(jìn)電機(jī)的分度算法，可實(shí)現(xiàn)3600內(nèi)轉(zhuǎn)角誤差為0，保證了精確分度，并給出分度算法梯形圖。
關(guān)鍵詞：PLC 步進(jìn)電機(jī) 分度 分度算法 梯形圖
Design and Implement of PLC Control Stepping Motor Indexing
Absract: This paper introduces how to realize the automatic indexing for workpiece using PLC control stepping motor. The indexing algorithm that can realize the corner error being zero in 3600 to ensure the precision indexing is mainly explained. The indexing algorithm ladder chart is also given.
Keywords: PLC. Stepping motor. Indexing. Indexing algorithm. Ladder chart.
1、引言
大型軸承內(nèi)、外套上的分度、打孔是軸承中的關(guān)鍵工序 ,它的工藝水平和質(zhì)量的高低直接影響軸承的質(zhì)量、壽命和制造成本。目前軸承行業(yè)大型軸承內(nèi)、外套的分度方式普遍采用人工分度方式 ,其分度精度低、累積誤差大 、工作效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)軸承性能的提高造成很大的影響。我們所研制的大型數(shù)控分度頭,采用PLC可編程控制器 ,控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿對(duì)執(zhí)行工件進(jìn)行自動(dòng)分度， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造費(fèi)用低，較好地解決了生產(chǎn)中的實(shí)際問題。
2、總體設(shè)計(jì)方案
步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。其重要特點(diǎn)是只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器這一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種裝置就是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說: 控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。因此，控制步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻率，可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)速;控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)，可以對(duì)電機(jī)精確定位。
在我們所設(shè)計(jì)的數(shù)控分度頭中，就是利用這一線性關(guān)系，用PLC進(jìn)行電氣控制、編寫分度算法程序，控制脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿對(duì)執(zhí)行工件進(jìn)行精確分度，并可實(shí)現(xiàn)調(diào)整、手動(dòng)分度、自動(dòng)分度等多種電氣控制。
電氣控制方案為PLC+步進(jìn)電機(jī)及可細(xì)分驅(qū)動(dòng)器+數(shù)顯尺。PLC選用DVP20EH00T，AC220伏供電20點(diǎn) 200HZ晶體管輸出類型;根據(jù)分度精度要求考慮，選用可細(xì)分驅(qū)動(dòng)器及步進(jìn)電機(jī)，考慮分度時(shí)對(duì)工件的扭矩M=FR=fNR ,計(jì)算出最大扭矩為27Nm。按矩頻特性選取步進(jìn)電機(jī) ,選130BYG350A型三相混合式步進(jìn)電機(jī)及配套細(xì)分驅(qū)動(dòng)器MS-3H130M。
PLC的I/O配置如下表：
I0.0
調(diào)整/分度
Q0.0
脈沖數(shù)
I0.1
急停
Q0.1
花盤上升
I0.2
步進(jìn)轉(zhuǎn)位
Q0.2
花盤下降
I0.3
花盤卡緊/松開
Q0.3
故障指示
I0.4
花盤上升/下降
Q0.4
方向
I0.5
自動(dòng)分度
Q0.5
I0.6
調(diào)整啟動(dòng)/結(jié)束
Q0.6
I0.7
驅(qū)動(dòng)器信號(hào)
Q0.7
I0.10-I0.13
孔數(shù)設(shè)置
該數(shù)控分度頭在徑向安裝數(shù)顯尺來(lái)控制徑向分度尺寸;由PLC控制步進(jìn)電機(jī)軸向分度。操作人員啟動(dòng)電源 ,輸入分度數(shù)后 ,調(diào)整/分度開關(guān)置于分度位置即可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)或自動(dòng)分度。在自動(dòng)分度中可實(shí)現(xiàn)分度機(jī)構(gòu)的松開、上升、分度、下降、卡緊再松開的順序控制
3、分度算法
設(shè)總孔數(shù)為D2,總脈沖數(shù)D0，分度脈沖可計(jì)算為 :D0/D2=D4 +D5(余數(shù))。若D5=0時(shí) ,步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一次,電機(jī)轉(zhuǎn)角控制脈沖均為D4。若D5≠0時(shí) ,將D5與孔數(shù)的一半(D2/2=D8)進(jìn)行比較，若小于孔數(shù)的一半，步進(jìn)電機(jī)先按D4個(gè)脈沖分度，步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)分度角，余數(shù)D5累積一次，當(dāng)累積數(shù)大于D8時(shí)，步進(jìn)電機(jī)則按D4+1個(gè)脈沖分度一次，此時(shí)累積數(shù)減去D4+1脈沖的余數(shù)即D2-D5，然后再按D4個(gè)脈沖分度，依次類推直至分度完畢;若余數(shù)大于孔數(shù)的一半，步進(jìn)電機(jī)先按D4+1個(gè)脈沖分度，余數(shù)按D2-D5累積，當(dāng)累積數(shù)大于D8時(shí)，步進(jìn)電機(jī)則按D4個(gè)脈沖分度一次，此時(shí)累積數(shù)減去D4脈沖的余數(shù)D5，然后再按D4+1個(gè)脈沖分度，依次類推直至分度完畢。這樣的分度算法，使孔與孔之間的分度誤差始終小于一個(gè)脈沖當(dāng)量，可以實(shí)現(xiàn)在3600轉(zhuǎn)角誤差為0的分度精度要求。
4、分度算法梯形圖
5、結(jié)束語(yǔ)
該大型數(shù)控分度頭應(yīng)用于1000mm～2000mm的軸承內(nèi)、外套的分度 。主要優(yōu)點(diǎn)為 :(1)分度精度高。驅(qū)動(dòng)器在最高細(xì)分10000工作狀態(tài)下，孔孔之間分度誤差可控制在7.3μm, 可以實(shí)現(xiàn)3600轉(zhuǎn)角誤差為0的分度精度要求，滿足了工件的分度要求。(2) 工作效率高，分度速度快。選用的PLC最高頻率為200HZ，在自動(dòng)分度工作狀態(tài)下，50個(gè)孔的分度工作不足十分鐘即可完成。(3)操作靈活、簡(jiǎn)便。該數(shù)控分度頭實(shí)現(xiàn)調(diào)整(不分度)、手動(dòng)或自動(dòng)分度等電氣操作。人工分度方式需要測(cè)量、畫線等費(fèi)工費(fèi)時(shí) ,由PLC控制的步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)分度方式只需輸入分度數(shù) ,即可實(shí)現(xiàn)分度的多種控制。 (4)該數(shù)控分度頭經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。投入使用后，較好地解決了以往大型軸承內(nèi)、外套的分度存在的問題，提高了軸承產(chǎn)品質(zhì)量 ,降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。
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