PLC控制步進電機分度的設計

1、引言

大型軸承內(nèi)、外套上的分度、打孔是軸承中的關鍵工序 ，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。

在我們所設計的數(shù)控分度頭中，就是利用這一線性關系，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量，可以實現(xiàn)在3600 轉(zhuǎn)角誤差為0的分度精度要求。

4、分度算法梯形圖

5、結(jié)束語

該大型數(shù)控分度頭應用于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。