PLC位控單元在精密磨削控制中的應用

>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，計算機的廣泛應用使精密加工技術(shù)更為普及和多樣。實現(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、夾具的精度以及測量精度外，還有一項重要內(nèi)容就是微進給機構(gòu)的精度及其控制精度。筆者在控制精密磨削的研究中，利用步進電機帶動滾珠絲杠作為進給機構(gòu)，在滾珠絲杠確定后，步進電機的控制精度成為了主要矛盾.1步進電機的控制步進電機在不失步的正常運行時，其轉(zhuǎn)角嚴格地與控制脈沖的個數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與控制脈沖的頻率成正比。可以方便地實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制及調(diào)整和定位。

　　由于步進電機和負載的慣性，它們不能正確地跟蹤指令脈沖的啟動和停止運動，指令脈沖使步進電機可能發(fā)生丟步或失步甚至無法運行。因此，必須實現(xiàn)步進電機的自動升降速功能。為了實現(xiàn)速度的變化，輸入的位移脈沖指令相應地要升頻、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，也可以由微型計算機產(chǎn)生。對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)，而使用計算機控制，不必改動硬件電路，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行控制和調(diào)節(jié)。也可以用同一套系統(tǒng)對不同控制方案的多臺步進電機同時控制。利用計算機控制的形式也很多，本文介紹PLC位控單元對步進電機的控制.2PLC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步進電機(或伺服電機)與電機驅(qū)動器聯(lián)結(jié)時，輸出脈沖序列控制電機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角。進給機構(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給與縱向進給，如圖2所示。具體地說，位控單元實現(xiàn)速度以及位置的控制方法有多種，如E點控制(單速度控制)，如圖3(a)所示；P點控制(多級速度控制)；線性加/減速和S型加/減速，(a)，(b)為線性加/減速，S型如。除此之外還有絕對位置控制和相對位置控制等.表1給出了E點控制不同模式的控制碼(P點與其相同)。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、步進電機。總控制程序流程圖如圖5所示。

　　其中兩個步進電機是利用PLC的位控單元控制的。在進行精密磨削過程中，橫向進給將是十分重要的，PLC的位控單元能較精確地控制步進電機的轉(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，對于磨削加工來講，橫向進給量不能大于215μm，通過實驗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用。首先，設(shè)置原點，利用光柵尺粗對刀，測量出對刀位置距原點的距離。為防滾珠絲杠出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，工作臺從原點出發(fā)，經(jīng)過一段距離以后開始自動加/減速。此時，只要給定起始速度，目標速度，加速/減速時間以及位置要求值，并設(shè)定控制碼即可實現(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，步進電機的步距角為α°；進給速度為v(mm/s)；行程為s(mm)；則要求的脈沖頻率(即程度中的目標速度)為f=360v/αd(Hz)；總脈沖數(shù)(即程序中的位置要求值)為F=360s/da(個)4結(jié)束語PLC位控單元具有運行速度快、靈敏度高、精度高、編程簡單等眾多優(yōu)點。因此，它對于在精密加工領(lǐng)域的研究開發(fā)與應用具有深遠的現(xiàn)實意義。