PLC 控制步進(jìn)電機(jī)分度的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
發(fā)布日期：2022-10-09 點(diǎn)擊率：89
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(qiáng)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動蝸輪蝸桿對執(zhí)行工件進(jìn)行自動分度， 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)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。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)動器這一電子裝置進(jìn)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(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。因此，控制步進(jìn)脈沖信號的頻率，可以對電機(jī)精確調(diào)速;控制步進(jìn)脈沖的個數(shù)，可以對電機(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，控制脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動蝸輪蝸桿對執(zhí)行工件進(jìn)行精確分度，并可實(shí)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(jìn)電機(jī)及可細(xì)分驅(qū)動器+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)動器及步進(jìn)電機(jī)，考慮分度時對工件的扭矩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(jìn)電機(jī)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(shí)現(xiàn)手動或自動分度。在自動分度中可實(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 ，步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)動一次，電機(jī)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(jìn)行比較，若小于孔數(shù)的一半，步進(jìn)電機(jī)先按D4個脈沖分度，步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)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(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(shí)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(fèi)工費(fèi)時 ，由PLC控制的步進(jìn)電機(jī)自動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 ，降低工人勞動強(qiáng)度。
