PLC位控單元在精密磨削控制中的應(yīng)用

　　當今世界上精密加工技術(shù)發(fā)展很快，新的加工方法和設(shè)備層出不窮，計算機的廣泛應(yīng)用使精密加工技術(shù)更為普及和多樣。 實現(xiàn)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(shè)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(shù)。 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(nèi)容就是微進給機構(gòu)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(gòu)，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(zhuǎn)角嚴格地與控制脈沖的個數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與控制脈沖的頻率成正比。 可以方便地實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制及調(diào)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(fā)生丟步或失步甚至無法運行。 因此，必須實現(xiàn)步進電機的自動升降速功能。 為了實現(xiàn)速度的變化，輸入的位移脈沖指令相應(yīng)地要升頻、穩(wěn)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(chǎn)生，也可以由微型計算機產(chǎn)生。 對于脈沖源加邏輯電路構(gòu)成的控制器來說，控制邏輯是固定的，即控制電路一經(jīng)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(jié)構(gòu)和元件參數(shù)，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(diào)節(jié)。 也可以用同一套系統(tǒng)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(tǒng)組成及位控單元的工作原理

　　本研究所利用的PLC 系統(tǒng)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(qū)動器聯(lián)結(jié)時，輸出脈沖序列控制電機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角。 進給機構(gòu)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(xiàn)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(zhuǎn)角，從而使?jié)L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(yīng)用。 首先，設(shè)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(xiàn)爬行現(xiàn)象，工作臺從原點出發(fā)，經(jīng)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(shè)定控制碼即可實現(xiàn)上述功能，相關(guān)程序如圖6 所示。 如果假設(shè)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(shù)（即程序中的位置要求值） 為F =360s/da（個） 。

4 　結(jié)束語

　　PLC 位控單元具有運行速度快、靈敏度高、精度高、編程簡單等眾多優(yōu)點。 因此，它對于在精密加工領(lǐng)域的研究開發(fā)與應(yīng)用具有深遠的現(xiàn)實意義。