普通磨床進(jìn)給的步進(jìn)電機(jī)控制改造

盧 森

（中國(guó)航發(fā)貴州黎陽航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，貴州貴陽 550014）

0 引言

普通磨床，由于生產(chǎn)的需要，要實(shí)現(xiàn)在磨削過程中的自動(dòng)進(jìn)給控制。機(jī)床原來的進(jìn)給，是由操作者通過刻度盤手工控制的，勞動(dòng)量相當(dāng)大，很容易造成工人疲勞，且精度也無法從工藝上保證。由此，在自動(dòng)進(jìn)給方向，引進(jìn)了步進(jìn)電機(jī)，來實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。

1 配置研究

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，通常采用PLC（或步進(jìn)電機(jī)控制器）+步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器+步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。PLC 對(duì)比于步進(jìn)電機(jī)控制器，更靈活方便，功能的擴(kuò)展性更好，工程中選用PLC。

1.1 行程控制

由數(shù)控滑臺(tái)的結(jié)構(gòu)可知，滑臺(tái)的行程正比于步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角，因此只要控制步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角即可。由步進(jìn)電機(jī)的工作原理和特性可知，步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角正比于所輸入的控制脈沖個(gè)數(shù)，因此可以根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)的位移量，確定PLC 輸出的脈沖個(gè)數(shù)：

式中 DL——伺服機(jī)構(gòu)的位移量，mm

D——伺服機(jī)構(gòu)的脈沖當(dāng)量，mm/脈沖

1.2 速度控制

伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度取決于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率；因此可以根據(jù)該工序要求的進(jìn)給速度，確定其PLC 輸出的脈沖頻率:

式中 Vf——伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度，mm/min

1.3 進(jìn)給方向控制

進(jìn)給方向控制即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通過改變步進(jìn)電機(jī)各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向。

1.4 PLC 選型

選用三菱FX1s-MT 型PLC，是因?yàn)槠淠芡瑫r(shí)輸出兩組100 KHz 脈沖，而且成本較低。DRVA 指令（絕對(duì)位置控制）和DRVI 指令（相對(duì)位置控制）能很好地控制電機(jī)的方向和速度。

1.5 驅(qū)動(dòng)器及步進(jìn)電機(jī)選型

選用86 步進(jìn)電機(jī)套裝（兩相混合式步進(jìn)電機(jī)+步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器）。步進(jìn)電機(jī)步距角1.8°，12.5 N·m（標(biāo)稱值），步距角精度±5%。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器自身需要AC 18～80 V 供電，實(shí)際采用220 V/50 V 變壓器為驅(qū)動(dòng)器供電。與PLC 的連接，另需要DC 5 V 的供電。

1.6 驅(qū)動(dòng)器與PLC 的連接

當(dāng)Vcc=5 V 時(shí)，R1=R2=0 Ω；當(dāng)Vcc=12 V 時(shí)，R1=R2=510 Ω；當(dāng)Vcc=24 V 時(shí)，R1=R2=1.5～2 KΩ。實(shí)際采用5 V 輸出的開關(guān)電源供電。驅(qū)動(dòng)器與PLC 的接法如圖1 所示。

圖1 驅(qū)動(dòng)器與PLC 的接法

2 調(diào)試中問題處理

電機(jī)脫機(jī)的調(diào)試，只能完成空載及預(yù)估速度與方向的調(diào)整，實(shí)際的控制效果，還需要上機(jī)調(diào)試的。

調(diào)試中出現(xiàn)的問題，主要體現(xiàn)在以下方面：

2.1 行程值的設(shè)定

電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換成直線速度，是需要計(jì)算的。設(shè)置好脈沖數(shù)，轉(zhuǎn)換成分鐘轉(zhuǎn)速，通過傳動(dòng)比，轉(zhuǎn)換成伺服機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速，最后轉(zhuǎn)換成直線速度。但在工程應(yīng)用中，可以直接觀察伺服機(jī)構(gòu)的直線移動(dòng)速度，來調(diào)整速度值，通過記錄這些值，來完成初始值的設(shè)定。

2.2 D 值的設(shè)定

指令：［DRVA D140 D0 Y0 Y2］中，原點(diǎn)位置數(shù)據(jù)存放于32 位寄存器D8140 里。當(dāng)某些條件觸發(fā)，D140 中的數(shù)值，通過傳送指令：［DMOV K8000 D140］獲取。K 的取值：-32768～32767，由此也限定了Y0 在一個(gè)行程的最值。如果這個(gè)最值滿足不了需求，則當(dāng)采取另外的措施。

2.3 初始速度值的設(shè)定

由于加工及操作的需要，設(shè)定了高中低三種速度，高速固定，中低速在設(shè)定初值的基礎(chǔ)上，連續(xù)可調(diào)。高中低三種速度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要設(shè)定。由于工作選擇中有斷續(xù)式加工，這種工作方式為固定時(shí)間的進(jìn)給，由此，進(jìn)給量會(huì)隨速度變化而變化。由于此方向的加工并不涉及定位精度，故此模式可行，并得到驗(yàn)證。

3 PLC 部分接線圖及程序

3.1 PLC 輸入接線圖（圖2）

3.2 調(diào)試完成后的部分PLC 程序

圖2 PLC 輸入接線

圖3 連續(xù)工作方式PLC 程序

3.2.1 連續(xù)工作方式（圖3）

3.2.2 漸進(jìn)工作方式（圖4）

3.2.3 中低速調(diào)速程序（圖5）

圖4 漸進(jìn)工作方式PLC 程序

圖5 中低速調(diào)速PLC 程序

4 結(jié)束語

初次上電，需要對(duì)系統(tǒng)初值作一次設(shè)定（由設(shè)計(jì)人員完成），設(shè)定好之后，操作者只需根據(jù)自己需要，調(diào)整相應(yīng)的速度即可，但這只針對(duì)機(jī)床為斷電時(shí)有效。當(dāng)機(jī)床重新上電后，機(jī)床中低速恢復(fù)到系統(tǒng)設(shè)定值。

從改造效果看，很好地完成了當(dāng)初的設(shè)計(jì)要求。從使用效果看，極大地減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

普通磨床的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給改造，在我廠的應(yīng)用中尚屬首次，具備很好的推廣價(jià)值。本工程造價(jià)材料費(fèi)用不到2000 元，卻使操作者勞動(dòng)量大大降低，同時(shí)使機(jī)床有了半自動(dòng)加工的概念，是物超所值的。