PLC 控制步進(jìn)電機(jī)分度的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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

　　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。