PLC 位控單元在精密磨削控制中的應(yīng)用

摘　要:闡述利用PLC 位控單元對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制,指出PLC 位控單元在控制中的優(yōu)越性及在精 密磨削控制中的重要意義. 介紹其在精密磨削控制中的具體應(yīng)用及部分程序. 關(guān)鍵詞:步進(jìn)電機(jī);PLC;位控單元;精密磨削 中圖分類號(hào): TG 580161 + 2 　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 　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),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)成的控制器來說,控制邏輯是固定 的,即控制電路一經(jīng)固定,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,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,如圖1 所示. 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,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,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)于磨削加工來講,橫向進(jìn)給量不能大于215μm ,通過實(shí)驗(yàn)的方法可以找出最佳方案. 這里只通過一種控制方法來說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,工作臺(tái)從原點(diǎn)出發(fā),經(jīng)過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)) . 4 　結(jié)束語 PLC 位控單元具有運(yùn)行速度快、靈敏度高、精度高、編程簡(jiǎn)單等眾多優(yōu)點(diǎn). 因此,它對(duì)于在精密加工領(lǐng)域的研究開發(fā)與應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義. 參考文獻(xiàn): [1 ] 　機(jī)械設(shè)備精密加工/《航空制造工程手冊(cè)》總編委員會(huì). 航空制造工程手冊(cè)[M] . 北京:航空工業(yè)出版社,1996. [2 ] 　殷際英,劉作信. 機(jī)電一體化基礎(chǔ)[M] . 北京:冶金工業(yè)出版社,1997. [3 ] 　Matstushita Electric Work ,Ltd. FP2 Positioning Unit hardware[M] . Japan :Matsushita Electric. Wirk ,Ltd , 1999. [4 ] 　Matstushita Electric Work , Ltd. FP1 Programming Manual [ M ] . Japan : Matsushita Electric Work , Ltd.1998. [5 ] 　汪曉光,孫曉瑛,王艷丹. 可編程控制器原理及應(yīng)用[M] . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994. [6 ] 　王季鐵,曲家騏. 執(zhí)行電動(dòng)機(jī)[M] . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997. [7 ] 　丁志剛. 直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理控制和應(yīng)用[M] . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994. 張麗秀1,李　穎2 　吳玉厚3　鄭　謀4 (1 沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院機(jī)械系,遼寧沈陽(yáng)110015 ; 2 齊齊哈爾造紙有限公司,黑龍江齊齊哈爾161006 ;3 珠海飛利浦家庭電器有限公司,廣東珠海519000)