步进电机应用在雕刻机上的 PLC 控制

 

1  

    

概 述

      在组合机床自动线中，一般根据不同的加工精度要求设置三种滑台（1）液压滑台，
用于切削量大，加工精度要求较低的粗加工工序中；（2）机械滑台，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）数控滑台，用于切削量小，加工精度要
求很高的精加工工序中。可编程控制器（简称 PLC）以其通用性强、可*性高、指令系统简
单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作少、现场接口安装方便等一系列优点，被广
泛应用于工业自动控制中。特别是在组合机床自动生产线的控制及 CNC 机床的 S、T、M 功
能控制更显示出其卓越的性能。PLC 控制的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生
产线上的数控滑台控制，可省去该单元的数控系统使该单元的控制系统成本降低
70~90%，甚至只占用自动线控制单元 PLC 的 3~5 个 I/O 接口及<1KB 的内存。特别是大型
自动线中可以使控制系统的成本显著下降。
2  PLC

 

控制的数控滑台结构

     一般组合机床自动线中的数控滑台采用步进电机驱动的开环伺服机构。采用 PLC 控制
的数控滑台由可编程控制器、环行脉冲分配器、步进电机驱动器、步进电机和伺服传动机构
等部分组成，伺服传动机构中的齿轮 Z1、Z2 应该采取消隙措施，避免产生反向死区或使
加工精度下降；而丝杠传动副则应该根据该单元的加工精度要求，确定是否选用滚珠丝
杠副。采用滚珠丝杠副，具有传动效率高、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长的优点，

    

但成本较高且不能自锁。
3  数控滑台的 PLC

 

控制方法

      数控滑台的控制因素主要有三个：
3.1  

 

行程控制

) d- n0 c; }, t" K2 V% u

一般液压滑台和机械滑台的行程控制是利用位置或压力传感器（行程开关/死挡铁）来实
现；而数控滑台的行程则采用数字控制来实现。由数控滑台的结构可知，滑台的行程正比
于步进电机的总转角，因此只要控制步进电机的总转角即可。由步进电机的工作原理和特
性可知步进电机的总转角正比于所输入的控制脉冲个数；因此可以根据伺服机构的位移
量确定 PLC 输出的脉冲个数：

4 M" s2 O3 A, B; E' M

                      n= DL/d                      （1）

3 [1 Y+ z3 A: W6 z7 E: \: f* C) ?

    

 

式中 DL——伺服机构的位移量（mm）

     d ——伺服机构的脉冲当量（mm/脉冲）
3.2  

 

进给速度控制

     伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉冲频
率;因此可以根据该工序要求的进给速度,确定其 PLC 输出的脉冲频率:

: D0 t& n0 W0 Y2 t

    f=Vf/60d   (Hz)                  (2)  
    

 

式中 Vf——伺服机构的进给速度(mm/min)

3.3  

 

进给方向控制

进给方向控制即步进电机的转向控制。步进电机的转向可以通过改变步进电机各绕组的通
电顺序来改变其转向;如三相步进电机通电顺序为 A-AB-B-BC-C-CA-A…时步进电机正转;
当绕组按 A-AC-C-CB-B-BA-A…顺序通电时步进电机反转。因此可以通过 PLC 输出的方向
控制信号改变硬件环行分配器的输出顺序来实现，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变
步进电机绕组的通电顺序实现。

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4  PLC

 

的软件控制逻辑