PLC控制步進(jìn)電機分度的設計

1、引言

大型軸承內、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、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)強度大，對軸承性能的提高造成很大的影響。我們所研制的大型數控分度頭，采用PLC可編程控制器 ，控制步進(jìn)電機驅動(dòng)蝸輪蝸桿對執行工件進(jìn)行自動(dòng)分度， 結構簡(jiǎn)單、制造費用低，較好地解決了生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題。

2、總體設計方案

步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個(gè)脈沖信號，電機則轉過(guò)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)電機的運行要有步進(jìn)電機驅動(dòng)器這一電子裝置進(jìn)行驅動(dòng)，這種裝置就是把控制系統發(fā)出的脈沖信號轉化為步進(jìn)電機的角位移，或者說(shuō)： 控制系統每發(fā)一個(gè)脈沖信號，通過(guò)驅動(dòng)器就使步進(jìn)電機旋轉一步距角。所以步進(jìn)電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比。因此，控制步進(jìn)脈沖信號的頻率，可以對電機精確調速;控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數，可以對電機精確定位。

在我們所設計的數控分度頭中，就是利用這一線(xiàn)性關(guān)系，用PLC進(jìn)行電氣控制、編寫(xiě)分度算法程序，控制脈沖信號的頻率和脈沖數，步進(jìn)電機驅動(dòng)蝸輪蝸桿對執行工件進(jìn)行精確分度，并可實(shí)現調整、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)電機及可細分驅動(dòng)器+數顯尺。PLC選用DVP20EH00T，AC220伏供電20點(diǎn) 200HZ晶體管輸出類(lèi)型;根據分度精度要求考慮，選用可細分驅動(dòng)器及步進(jìn)電機，考慮分度時(shí)對工件的扭矩M=FR=fNR ，計算出最大扭矩為27Nm。按矩頻特性選取步進(jìn)電機 ，選130BYG350A型三相混合式步進(jìn)電機及配套細分驅動(dòng)器MS-3H130M。

PLC的I/O配置如下表：

I0.0

調整/分度

Q0.0

脈沖數

I0.1

急停

Q0.1

花盤(pán)上升

I0.2

步進(jìn)轉位

Q0.2

花盤(pán)下降

I0.3

花盤(pán)卡緊/松開(kāi)

Q0.3

故障指示

I0.4

花盤(pán)上升/下降

Q0.4

方向

I0.5

自動(dòng)分度

Q0.5

I0.6

調整啟動(dòng)/結束

Q0.6

I0.7

驅動(dòng)器信號

Q0.7

I0.10-I0.13

孔數設置

該數控分度頭在徑向安裝數顯尺來(lái)控制徑向分度尺寸;由PLC控制步進(jìn)電機軸向分度。操作人員啟動(dòng)電源 ，輸入分度數后 ，調整/分度開(kāi)關(guān)置于分度位置即可實(shí)現手動(dòng)或自動(dòng)分度。在自動(dòng)分度中可實(shí)現分度機構的松開(kāi)、上升、分度、下降、卡緊再松開(kāi)的順序控制。

3、分度算法

設總孔數為D2，總脈沖數D0，分度脈沖可計算為 ：D0/D2=D4 +D5(余數)。若D5=0時(shí) ，步進(jìn)電機每轉動(dòng)一次，電機轉角控制脈沖均為D4。若D5≠0時(shí) ，將D5與孔數的一半(D2/2=D8)進(jìn)行比較，若小于孔數的一半，步進(jìn)電機先按D4個(gè)脈沖分度，步進(jìn)電機每轉過(guò)一個(gè)分度角，余數D5累積一次，當累積數大于D8時(shí)，步進(jìn)電機則按D4+1個(gè)脈沖分度一次，此時(shí)累積數減去D4+1脈沖的余數即D2-D5，然后再按D4個(gè)脈沖分度，依次類(lèi)推直至分度完畢;若余數大于孔數的一半，步進(jìn)電機先按D4+1個(gè)脈沖分度，余數按D2-D5累積，當累積數大于D8時(shí)，步進(jìn)電機則按D4個(gè)脈沖分度一次，此時(shí)累積數減去D4 脈沖的余數D5，然后再按D4+1個(gè)脈沖分度，依次類(lèi)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)脈沖當量，可以實(shí)現在3600 轉角誤差為0的分度精度要求。

4、分度算法梯形圖

5、結束語(yǔ)

該大型數控分度頭應用于1000mm～2000mm的軸承內、外套的分度 。主要優(yōu)點(diǎn)為 ：(1)分度精度高。驅動(dòng)器在最高細分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3600轉角誤差為0的分度精度要求，滿(mǎn)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。該數控分度頭實(shí)現調整(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量、畫(huà)線(xiàn)等費工費時(shí) ，由PLC控制的步進(jìn)電機自動(dòng)分度方式只需輸入分度數 ，即可實(shí)現分度的多種控制。 (4)該數控分度頭經(jīng)濟、實(shí)用。投入使用后，較好地解決了以往大型軸承內、外套的分度存在的問(wèn)題，提高了軸承產(chǎn)品質(zhì)量 ，降低工人勞動(dòng)強度。