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      解決方案
      PLC控制步進電機的設計

      1、 引言 
          大型軸承內、外套上的分度、打孔是軸承中的關鍵工序 ,它的工藝水平和質量的高低直接影響軸承的質量、壽命和制造成本。目前軸承行業大型軸承內、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控分度頭,采用PLC可編程控制器 ,控制步進電機驅動蝸輪蝸桿對執行工件進行自動分度,結構簡單、制造費用低,較好地解決了生產中的實際問題。


      2、 總體設計方案
          步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下,電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數,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動器這一電子裝置進行驅動,這種裝置就是把控制系統發出的脈沖信號轉化為步進電機的角位移,或者說: 控制系統每發一個脈沖信號,通過驅動器就使步進電機旋轉一步距角。所以步進電機的轉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,可以對電機精確調速;控制步進脈沖的個數,可以對電機精確定位。

          在我們所設計的數控分度頭中,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,步進電機驅動蝸輪蝸桿對執行工件進行精確分度,并可實現調整、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動器+數顯尺。PLC選用DVP20EH00T,AC220伏供電20點 200HZ晶體管輸出類型;根據分度精度要求考慮,選用可細分驅動器及步進電機,考慮分度時對工件的扭矩M=FR=fNR ,計算出扭矩為27Nm。按矩頻特性選取步進電機,選SL130S3311A型三相混合式步進電機及配套細分驅動器SL37220A。


      3、分度算法
          設總孔數為D2,總脈沖數D0,分度脈沖可計算為 :D0/D2=D4 +D5(余數)。若D5=0時 ,步進電機每轉動一次,電機轉角控制脈沖均為D4。若D5≠0時 ,將D5與孔數的一半(D2/2=D8)進行比較,若小于孔數的一半,步進電機先按D4個脈沖分度,步進電機每轉過一個分度角,余數D5累積一次,當累積數大于D8時,步進電機則按D4+1個脈沖分度一次,此時累積數減去D4+1脈沖的余數即D2-D5,然后再按D4個脈沖分度,依次類推直至分度完畢;若余數大于孔數的一半,步進電機先按D4+1個脈沖分度,余數按D2-D5累積,當累積數大于D8時,步進電機則按D4個脈沖分度一次,此時累積數減去D4脈沖的余數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,可以實現在3600轉角誤差為0的分度精度要求。


      4、結束語
              該大型數控分度頭應用于1000mm~2000mm的軸承內、外套的分度。主要優點為 :(1)分度精度高。驅動器在高細分10000工作狀態下,孔孔之間分度誤差可控制在7.3μm, 可以實現3600轉角誤差為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高頻率為200HZ,在自動分度工作狀態下,50個孔的分度工作不足十分鐘即可完成。(3)操作靈活、簡便。該數控分度頭實現調整(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 ,即可實現分度的多種控制。 (4)該數控分度頭經濟、實用。投入使用后,較好地解決了以往大型軸承內、外套的分度存在的問題,提高了軸承產品質量 ,降低工人勞動強度。


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