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6ES7212-1BB23-0XB8安裝調試
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1 概 述
在組合機床自動線中，一般根據不同的加工精度要求設置三種滑臺（1）液壓滑臺，用于切削量大，加工精度要求較低的粗加工工序中；（2）機械滑臺，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中；（3）數控滑臺，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中。可編程控制器（簡稱PLC）以其通用性強、可靠性高、指令系統簡單、編程簡便易學、易于掌握、體積小、維修工作少、現場接口安裝方便等一系列優點，被廣泛應用于工業自動控制中。特別是在組合機床自動生產線的控制及CNC機床的S、T、M功能控制更顯示出其的性能。PLC控制的步進電機開環伺服機構應用于組合機床自動生產線上的數控滑臺控制，可省去該單元的數控系統使該單元的控制系統成本降低70~90%，甚至只占用自動線控制單元PLC的3~5個I/O接口及<1KB的內存。特別是大型自動線中可以使控制系統的成本顯著下降。
2 PLC控制的數控滑臺結構
一般組合機床自動線中的數控滑臺采用步進電機驅動的開環伺服機構。采用PLC控制的數控滑臺由可編程控制器、環行脈沖分配器、步進電機驅動器、步進電機和伺服傳動機構等部分組成，伺服傳動機構中的齒輪Z1、Z2應該采取消隙措施，避免產生反向死區或使加工精度下降；而絲杠傳動副則應該根據該單元的加工精度要求，確定是否選用滾珠絲杠副。采用滾珠絲杠副，具有傳動效率高、系統剛度好、傳動精度高、使用壽命長的優點，但成本較高且不能自鎖。
3 數控滑臺的PLC控制方法
數控滑臺的控制因素主要有三個：
3.1 行程控制
一般液壓滑臺和機械滑臺的行程控制是利用位置或壓力傳感器（行程開關/死擋鐵）來實現；而數控滑臺的行程則采用數字控制來實現。由數控滑臺的結構可知，滑臺的行程正比于步進電機的總轉角，因此只要控制步進電機的總轉角即可。由步進電機的工作原理和特性可知步進電機的總轉角正比于所輸入的控制脈沖個數；因此可以根據伺服機構的位移量確定PLC輸出的脈沖個數：
n= DL/d （1）
式中 DL——伺服機構的位移量（mm）
d ——伺服機構的脈沖當量（mm/脈沖）
3.2 進給速度控制
伺服機構的進給速度取決于步進電機的轉速，而步進電機的轉速取決于輸入的脈沖頻率;因此可以根據該工序要求的進給速度,確定其PLC輸出的脈沖頻率:
f=Vf/60d (Hz) (2)
式中 Vf——伺服機構的進給速度(mm/min)
3.3 進給方向控制
進給方向控制即步進電機的轉向控制。步進電機的轉向可以通過改變步進電機各繞組的通電順序來改變其轉向;如三相步進電機通電順序為A-AB-B-BC-C-CA-A…時步進電機正轉;當繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A…順序通電時步進電機反轉。因此可以通過PLC輸出的方向控制信號改變硬件環行分配器的輸出順序來實現，或經編程改變輸出脈沖的順序來改變步進電機繞組的通電順序實現。
4 PLC的軟件控制邏輯
由滑臺的PLC控制方法可知，應使步進電機的輸入脈沖總數和脈沖頻率受到相應的控制。因此在控制軟件上設置一個脈沖總數和脈沖頻率可控的脈沖信號發生器；對于頻率較低的控制脈沖，可以利用PLC中的定時器構成，如圖2所示。脈沖頻率可以通過定時器的定時常數控制脈沖周期，脈沖總數控制則可以設置一脈沖計數器C10。當脈沖數達到設定值時，計數器C10動作切斷脈沖發生器回路，使其停止工作。伺服機構的步進電機無脈沖輸入時便停止運轉，伺服執行機構定位。當伺服執行機構的位移速度要求較高時，可以用PLC中的高速脈沖發生器。不同的PLC其高速脈沖的頻率可達4000~6000Hz。對于自動線上的一般伺服機構，其速度可以得到充分滿足。
5 伺服控制、驅動及接口
5.1 步進電機控制系統的組成
步進電機的控制系統由可編程控制器、環行脈沖分配器和步進電機功率驅動器組成，控制系統中PLC用來產生控制脈沖；通過PLC編程輸出一定數量的方波脈沖，控制步進電機的轉角進而控制伺服機構的進給量；同時通過編程控制脈沖頻率——既伺服機構的進給速度；環行脈沖分配器將可編程控制器輸出的控制脈沖按步進電機的通電順序分配到相應的繞組。PLC控制的步進電機可以采用軟件環行分配器，也可以采用如圖1所示的硬件環行分配器。采用軟環占用的PLC資源較多，特別是步進電機繞組相數M>4時，對于大型生產線應該予以充分考慮。采用硬件環行分配器，雖然硬件結構稍微復雜些，但可以節省占用PLC的I/O口點數，目前市場有多種專用芯片可以選用。步進電機功率驅動器將PLC輸出的控制脈沖放大到幾十~上百伏特、幾安~十幾安的驅動能力。一般PLC的輸出接口具有一定的驅動能力，而通常的晶體管直流輸出接口的負載能力僅為十幾~幾十伏特、幾十~幾百毫安。但對于功率步進電機則要求幾十~上百伏特、幾安~十幾安的驅動能力，因此應該采用驅動器對輸出脈沖進行放大。
5.2 可編程控制器的接口
如伺服機構采用硬件環行分配器，則占用PLC的I/O口點數少于5點，一般僅為3點。其中I口占用一點，作為啟動控制信號；O口占用2點，一點作為PLC的脈沖輸出接口，接至伺服系統硬環的時鐘脈沖輸入端，另一點作為步進電機轉向控制信號，接至硬環的相序分配控制端，如圖3所示；伺服系統采用軟件環行分配器時，
6 應用實例與結論
將PLC控制的開環伺服機構用于某大型生產線的數控滑臺，每個滑臺僅占用4個I/O接口，節省了CNC控制系統，其脈沖當量為0.01~0.05mm,進給速度為Vf=3~15m/min,工藝要求和加工精度要求
1 引言
大型軸承內、外套上的分度、打孔加工，是軸承生產的關鍵工序，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。本項目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選用中達機電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，計算出最大扭矩為27nm。按矩頻特性選取步進電機 ,選130byg350a型三相混合式步進電機及配套細分驅動器ms-3h130m。
plc的i/o配置如附表所示。
該數控分度頭在徑向安裝數顯尺來控制徑向分度尺寸；由plc控制步進電機軸向分度。操作人員啟動電源 ,輸入分度數后,調整/分度開關置于分度位置即可實現手動或自動分度。在自動分度中可實現分度機構的松開、上升、分度、下降、卡緊再松開的順序控制。
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。驅動器在最高細分10000工作狀態下，孔孔之間分度誤差可控制在7.3μm, 可以實現360°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最高頻率為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。