PLC位控單元在精密磨削控制中的應用

分類：技術教程日期：2011-12-28 00:00:00 來源：西部工控網

　　當今世界上精密加工技術發展很快，新的加工方法和設備層出不窮，計算機的廣泛應用使精密加工技術更為普及和多樣。實現精密和超精密切削加工有三種方法：（1）采用和研制高精度加工設備;（2）采用新的切削工具材料; （3）利用加工與測量控制一體化技術。前兩種方法成本較高，而后一種方法成本較低，具有廣闊的前景。在后一種方法中，除了要保證刀具的精度、夾具的精度以及測量精度外，還有一項重要內容就是微進給機構的精度及其控制精度。筆者在控制精密磨削的研究中，利用步進電機帶動滾珠絲杠作為進給機構，在滾珠絲杠確定后，步進電機的控制精度成為了主要矛盾。

1 　步進電機的控制

　　步進電機在不失步的正常運行時，其轉角嚴格地與控制脈沖的個數成正比，轉速與控制脈沖的頻率成正比。可以方便地實現正反轉控制及調整和定位。由于步進電機和負載的慣性，它們不能正確地跟蹤指令脈沖的啟動和停止運動，指令脈沖使步進電機可能發生丟步或失步甚至無法運行。因此，必須實現步進電機的自動升降速功能。為了實現速度的變化，輸入的位移脈沖指令相應地要升頻、穩頻、和降頻這些脈沖序列，可以由脈沖源加專用邏輯電路來產生，也可以由微型計算機產生。對于脈沖源加邏輯電路構成的控制器來說，控制邏輯是固定的，即控制電路一經固定，其控制邏輯也就固定了。

　　如果要改變控制邏輯和控制方案，必須改變電路結構和元件參數，而使用計算機控制，不必改動硬件電路，只要修改程序，就可以改變控制方案。且可以從多種控制方案中，選取一種最佳方案進行控制和調節。也可以用同一套系統對不同控制方案的多臺步進電機同時控制。利用計算機控制的形式也很多，本文介紹PLC位控單元對步進電機的控制。

2 　PLC 系統組成及位控單元的工作原理

　　本研究所利用的PLC 系統的組成包括如下七大模塊：電源，CPU ，位控單元， I/ O 單元，A/ D ，D/ A 單元。其中位控單元的主功能是當步進電機（或伺服電機）與電機驅動器聯結時，輸出脈沖序列控制電機的轉速與轉角。進給機構可以是2 軸型，也可以是4 軸型。本文采用的是前者，即滾珠絲杠的橫向進給與縱向進給，如圖2所示。具體地說，位控單元實現速度以及位置的控制方法有多種，如E 點控制（單速度控制），如圖3（a）所示;P 點控制（多級速度控制），如圖3 （b）所示; 線性加/ 減速和S型加/ 減速，圖3 （ a ），（ b）為線性加/ 減速，S型如圖3 （c）所示。除此之外還有絕對位置控制和相對位置控制等。表1 給出了E點控制不同模式的控制碼（P 點與其相同）。

3 　磨削加工PLC 控制原理

　　如圖4 所示， PLC 可以控制變頻器、傳感器、步進電機。總控制程序流程圖如圖5 所示。其中兩個步進電機是利用PLC 的位控單元控制的。在進行精密磨削過程中，橫向進給將是十分重要的，PLC 的位控單元能較精確地控制步進電機的轉角，從而使滾珠絲杠獲得精確定位。由于PLC 位控單元的控制方法有多種，對于磨削加工來講，橫向進給量不能大于215μm ，通過實驗的方法可以找出最佳方案。這里只通過一種控制方法來說明位控單元的具體應用。首先，設置原點，利用光柵尺粗對刀，測量出對刀位置距原點的距離。為防滾珠絲杠出現爬行現象，工作臺從原點出發，經過一段距離以后開始自動加/ 減速。此時，只要給定起始速度，目標速度，加速/ 減速時間以及位置要求值，并設定控制碼即可實現上述功能，相關程序如圖6 所示。如果假設滾珠絲杠的螺距為d ，步進電機的步距角為α°;進給速度為v （mm/ s） ;行程為s （mm） ;則要求的脈沖頻率（即程度中的目標速度）為f = 360 v/αd （Hz） ;總脈沖數（即程序中的位置要求值）為F =360s/da（個）。