PLC位控單元在精密磨削控制中的應(yīng)用

　　當(dāng)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(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用使精密加工技術(shù)更為普及和多樣。 實(shí)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(cè)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(cè)量精度外，還有一項(xiàng)重要內(nèi)容就是微進(jìn)給機(jī)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(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠作為進(jìn)給機(jī)構(gòu)，在滾珠絲杠確定后，步進(jìn)電機(jī)的控制精度成為了主要矛盾。
　　1 步進(jìn)電機(jī)的控制
　　步進(jìn)電機(jī)在不失步的正常運(yùn)行時(shí)CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，其轉(zhuǎn)角嚴(yán)格地與控制脈沖的個(gè)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(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制及調(diào)整和定位。 由于步進(jìn)電機(jī)和負(fù)載的慣性，它們不能正確地跟蹤指令脈沖的啟動(dòng)和停止運(yùn)動(dòng)，指令脈沖使步進(jìn)電機(jī)可能發(fā)生丟步或失步甚至無(wú)法運(yùn)行。 因此，必須實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)升降速功能。 為了實(shí)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(lái)產(chǎn)生，也可以由微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)生。 對(duì)于脈沖源加邏輯電路構(gòu)成的控制器來(lái)說(shuō)，控制邏輯是固定的，即控制電路一經(jīng)固定CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，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(jì)算機(jī)控制，不必改動(dòng)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(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。 也可以用同一套系統(tǒng)對(duì)不同控制方案的多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)同時(shí)控制。 利用計(jì)算機(jī)控制的形式也很多控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，本文介紹PLC位控單元對(duì)步進(jìn)電機(jī)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(dāng)步進(jìn)電機(jī)(或伺服電機(jī)) 與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器聯(lián)結(jié)時(shí)，輸出脈沖序列控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角。 進(jìn)給機(jī)構(gòu)可以是2 軸型www.cechina.cn，也可以是4 軸型。 本文采用的是前者，即滾珠絲杠的橫向進(jìn)給與縱向進(jìn)給，如圖2所示。 具體地說(shuō)，位控單元實(shí)現(xiàn)速度以及位置的控制方法有多種，如E 點(diǎn)控制(單速度控制) ，如圖3(a) 所示;P 點(diǎn)控制(多級(jí)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(duì)位置控制和相對(duì)位置控制等。 表1 給出了E點(diǎn)控制不同模式的控制碼(P 點(diǎn)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(jìn)電機(jī)。 總控制程序流程圖如圖5 所示。 其中兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)是利用PLC 的位控單元控制的。 在進(jìn)行精密磨削過(guò)程中，橫向進(jìn)給將是十分重要的，PLC 的位控單元能較精確地控制步進(jìn)電機(jī)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(duì)于磨削加工來(lái)講，橫向進(jìn)給量不能大于215μm ，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法可以找出最佳方案。 這里只通過(guò)一種控制方法來(lái)說(shuō)明位控單元的具體應(yīng)用。 首先，設(shè)置原點(diǎn)，利用光柵尺粗對(duì)刀，測(cè)量出對(duì)刀位置距原點(diǎn)的距離。 為防滾珠絲杠出現(xiàn)爬行現(xiàn)象CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，工作臺(tái)從原點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過(guò)一段距離以后開始自動(dòng)加/ 減速。 此時(shí)，只要給定起始速度，目標(biāo)速度，加速/ 減速時(shí)間以及位置要求值，并設(shè)定控制碼即可實(shí)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(jìn)電機(jī)的步距角為α°;進(jìn)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(biāo)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(gè)) 。