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6ES7212-1BB23-0XB8安裝調(diào)試
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1 概 述
在組合機(jī)床自動(dòng)線中，一般根據(jù)不同的加工精度要求設(shè)置三種滑臺(tái)（1）液壓滑臺(tái)，用于切削量大，加工精度要求較低的粗加工工序中；（2）機(jī)械滑臺(tái)，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中；（3）數(shù)控滑臺(tái)，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中?？删幊炭刂破鳎ê?jiǎn)稱PLC）以其通用性強(qiáng)、可靠性高、指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單、編程簡(jiǎn)便易學(xué)、易于掌握、體積小、維修工作少、現(xiàn)場(chǎng)接口安裝方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制中。特別是在組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線的控制及CNC機(jī)床的S、T、M功能控制更顯示出其的性能。PLC控制的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)應(yīng)用于組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線上的數(shù)控滑臺(tái)控制，可省去該單元的數(shù)控系統(tǒng)使該單元的控制系統(tǒng)成本降低70~90%，甚至只占用自動(dòng)線控制單元PLC的3~5個(gè)I/O接口及<1KB的內(nèi)存。特別是大型自動(dòng)線中可以使控制系統(tǒng)的成本顯著下降。
2 PLC控制的數(shù)控滑臺(tái)結(jié)構(gòu)
一般組合機(jī)床自動(dòng)線中的數(shù)控滑臺(tái)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)。采用PLC控制的數(shù)控滑臺(tái)由可編程控制器、環(huán)行脈沖分配器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)和伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成，伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪Z1、Z2應(yīng)該采取消隙措施，避免產(chǎn)生反向死區(qū)或使加工精度下降；而絲杠傳動(dòng)副則應(yīng)該根據(jù)該單元的加工精度要求，確定是否選用滾珠絲杠副。采用滾珠絲杠副，具有傳動(dòng)效率高、系統(tǒng)剛度好、傳動(dòng)精度高、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但成本較高且不能自鎖。
3 數(shù)控滑臺(tái)的PLC控制方法
數(shù)控滑臺(tái)的控制因素主要有三個(gè)：
3.1 行程控制
一般液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)的行程控制是利用位置或壓力傳感器（行程開關(guān)/死擋鐵）來實(shí)現(xiàn)；而數(shù)控滑臺(tái)的行程則采用數(shù)字控制來實(shí)現(xiàn)。由數(shù)控滑臺(tái)的結(jié)構(gòu)可知，滑臺(tái)的行程正比于步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角，因此只要控制步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角即可。由步進(jìn)電機(jī)的工作原理和特性可知步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角正比于所輸入的控制脈沖個(gè)數(shù)；因此可以根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)的位移量確定PLC輸出的脈沖個(gè)數(shù)：
n= DL/d （1）
式中 DL——伺服機(jī)構(gòu)的位移量（mm）
d ——伺服機(jī)構(gòu)的脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）
3.2 進(jìn)給速度控制
伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度取決于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率;因此可以根據(jù)該工序要求的進(jìn)給速度,確定其PLC輸出的脈沖頻率:
f=Vf/60d (Hz) (2)
式中 Vf——伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度(mm/min)
3.3 進(jìn)給方向控制
進(jìn)給方向控制即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通過改變步進(jìn)電機(jī)各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向;如三相步進(jìn)電機(jī)通電順序?yàn)?/span>A-AB-B-BC-C-CA-A…時(shí)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn);當(dāng)繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A…順序通電時(shí)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。因此可以通過PLC輸出的方向控制信號(hào)改變硬件環(huán)行分配器的輸出順序來實(shí)現(xiàn)，或經(jīng)編程改變輸出脈沖的順序來改變步進(jìn)電機(jī)繞組的通電順序?qū)崿F(xiàn)。
4 PLC的軟件控制邏輯
由滑臺(tái)的PLC控制方法可知，應(yīng)使步進(jìn)電機(jī)的輸入脈沖總數(shù)和脈沖頻率受到相應(yīng)的控制。因此在控制軟件上設(shè)置一個(gè)脈沖總數(shù)和脈沖頻率可控的脈沖信號(hào)發(fā)生器；對(duì)于頻率較低的控制脈沖，可以利用PLC中的定時(shí)器構(gòu)成，如圖2所示。脈沖頻率可以通過定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)控制脈沖周期，脈沖總數(shù)控制則可以設(shè)置一脈沖計(jì)數(shù)器C10。當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，計(jì)數(shù)器C10動(dòng)作切斷脈沖發(fā)生器回路，使其停止工作。伺服機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)無脈沖輸入時(shí)便停止運(yùn)轉(zhuǎn)，伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)定位。當(dāng)伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移速度要求較高時(shí)，可以用PLC中的高速脈沖發(fā)生器。不同的PLC其高速脈沖的頻率可達(dá)4000~6000Hz。對(duì)于自動(dòng)線上的一般伺服機(jī)構(gòu)，其速度可以得到充分滿足。
5 伺服控制、驅(qū)動(dòng)及接口
5.1 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的組成
步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)由可編程控制器、環(huán)行脈沖分配器和步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)器組成，控制系統(tǒng)中PLC用來產(chǎn)生控制脈沖；通過PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角進(jìn)而控制伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給量；同時(shí)通過編程控制脈沖頻率——既伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度；環(huán)行脈沖分配器將可編程控制器輸出的控制脈沖按步進(jìn)電機(jī)的通電順序分配到相應(yīng)的繞組。PLC控制的步進(jìn)電機(jī)可以采用軟件環(huán)行分配器，也可以采用如圖1所示的硬件環(huán)行分配器。采用軟環(huán)占用的PLC資源較多，特別是步進(jìn)電機(jī)繞組相數(shù)M>4時(shí)，對(duì)于大型生產(chǎn)線應(yīng)該予以充分考慮。采用硬件環(huán)行分配器，雖然硬件結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜些，但可以節(jié)省占用PLC的I/O口點(diǎn)數(shù)，目前市場(chǎng)有多種專用芯片可以選用。步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)器將PLC輸出的控制脈沖放大到幾十~上百伏特、幾安~十幾安的驅(qū)動(dòng)能力。一般PLC的輸出接口具有一定的驅(qū)動(dòng)能力，而通常的晶體管直流輸出接口的負(fù)載能力僅為十幾~幾十伏特、幾十~幾百毫安。但對(duì)于功率步進(jìn)電機(jī)則要求幾十~上百伏特、幾安~十幾安的驅(qū)動(dòng)能力，因此應(yīng)該采用驅(qū)動(dòng)器對(duì)輸出脈沖進(jìn)行放大。
5.2 可編程控制器的接口
如伺服機(jī)構(gòu)采用硬件環(huán)行分配器，則占用PLC的I/O口點(diǎn)數(shù)少于5點(diǎn)，一般僅為3點(diǎn)。其中I口占用一點(diǎn)，作為啟動(dòng)控制信號(hào)；O口占用2點(diǎn)，一點(diǎn)作為PLC的脈沖輸出接口，接至伺服系統(tǒng)硬環(huán)的時(shí)鐘脈沖輸入端，另一點(diǎn)作為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向控制信號(hào)，接至硬環(huán)的相序分配控制端，如圖3所示；伺服系統(tǒng)采用軟件環(huán)行分配器時(shí)，
6 應(yīng)用實(shí)例與結(jié)論
將PLC控制的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)用于某大型生產(chǎn)線的數(shù)控滑臺(tái)，每個(gè)滑臺(tái)僅占用4個(gè)I/O接口，節(jié)省了CNC控制系統(tǒng)，其脈沖當(dāng)量為0.01~0.05mm,進(jìn)給速度為Vf=3~15m/min,工藝要求和加工精度要求
1 引言
大型軸承內(nèi)、外套上的分度、打孔加工，是軸承生產(chǎn)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。本項(xiàng)目所研制的大型數(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(jiǎn)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選用中達(dá)機(jī)電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配置如附表所示。
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 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)360°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(jiǎn)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。