摘 要：本文簡要介紹利用PLC控制步進電機對執(zhí)行元件進行自動分度，重點介紹一種PLC控制步進電機的分度算法，可實現(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 步進電機 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(shù)控分度頭,采用PLC可編程控制器 ,控制步進電機驅(qū)動蝸輪蝸桿對執(zhí)行工件進行自動分度， 結(jié)構(gòu)簡單、制造費用低，較好地解決了生產(chǎn)中的實際問題。
2、總體設(shè)計方案
步進電機是將電脈沖信號轉(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，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。其重要特點是只有周期性的誤差而無累積誤差。步進電機的運行要有步進電機驅(qū)動器這一電子裝置進行驅(qū)動，這種裝置就是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電機的角位移，或者說: 控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使步進電機旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。因此，控制步進脈沖信號的頻率，可以對電機精確調(diào)速;控制步進脈沖的個數(shù)，可以對電機精確定位。
在我們所設(shè)計的數(shù)控分度頭中，就是利用這一線性關(guān)系，用PLC進行電氣控制、編寫分度算法程序，控制脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，步進電機驅(qū)動蝸輪蝸桿對執(zhí)行工件進行精確分度，并可實現(xiàn)調(diào)整、手動分度、自動分度等多種電氣控制。
電氣控制方案為PLC+步進電機及可細分驅(qū)動器+數(shù)顯尺。PLC選用DVP20EH00T，AC220伏供電20點 200HZ晶體管輸出類型;根據(jù)分度精度要求考慮，選用可細分驅(qū)動器及步進電機，考慮分度時對工件的扭矩M=FR=fNR ,計算出最大扭矩為27Nm。按矩頻特性選取步進電機 ,選130BYG350A型三相混合式步進電機及配套細分驅(qū)動器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 | 自動分度 | Q0.5 | |
I0.6 | 調(diào)整啟動/結(jié)束 | Q0.6 | |
I0.7 | 驅(qū)動器信號 | 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控制步進電機軸向分度。操作人員啟動電源 ,輸入分度數(shù)后 ,調(diào)整/分度開關(guān)置于分度位置即可實現(xiàn)手動或自動分度。在自動分度中可實現(xiàn)分度機構(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，分度脈沖可計算為 :D0/D2=D4 +D5(余數(shù))。若D5=0時 ,步進電機每轉(zhuǎn)動一次,電機轉(zhuǎn)角控制脈沖均為D4。若D5≠0時 ,將D5與孔數(shù)的一半(D2/2=D8)進行比較，若小于孔數(shù)的一半，步進電機先按D4個脈沖分度，步進電機每轉(zhuǎn)過一個分度角，余數(shù)D5累積一次，當(dāng)累積數(shù)大于D8時，步進電機則按D4+1個脈沖分度一次，此時累積數(shù)減去D4+1脈沖的余數(shù)即D2-D5，然后再按D4個脈沖分度，依次類推直至分度完畢;若余數(shù)大于孔數(shù)的一半，步進電機先按D4+1個脈沖分度，余數(shù)按D2-D5累積，當(dāng)累積數(shù)大于D8時，步進電機則按D4個脈沖分度一次，此時累積數(shù)減去D4 脈沖的余數(shù)D5，然后再按D4+1個脈沖分度，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脈沖當(dāng)量，可以實現(xiàn)在3600 轉(zhuǎn)角誤差為0的分度精度要求。
4、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)點為 :(1)分度精度高。驅(qū)動器在最高細分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，在自動分度工作狀態(tài)下，50個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)控分度頭實現(xiàn)調(diào)整(不分度)、手動或自動分度等電氣操作。人工分度方式需要測量、畫線等費工費時 ,由PLC控制的步進電機自動分度方式只需輸入分度數(shù) ,即可實現(xiàn)分度的多種控制。 (4)該數(shù)控分度頭經(jīng)濟、實用。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 ,降低工人勞動強度。
參考文獻
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