修學(xué)強(qiáng)

(陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 陜西 西安 710300)

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一種自動(dòng)送料機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與伺服驅(qū)動(dòng)控制

修學(xué)強(qiáng)

(陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 陜西 西安 710300)

摘要：所設(shè)計(jì)的一種自動(dòng)送料機(jī)采用了液壓傳動(dòng)和滾珠絲杠傳動(dòng)等多種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，整機(jī)采用松下MHMD022G1U永磁同步交流伺服電機(jī)及MADHT1507E全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)裝置作為運(yùn)動(dòng)控制裝置，利用西門子226PLC作為程序控制設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的良好運(yùn)行控制。

關(guān)鍵詞：伺服控制；自動(dòng)送料機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1自動(dòng)送料機(jī)機(jī)械主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1—液壓缸；2—活塞；3—螺母；4—聯(lián)軸器；5—伺服電機(jī)；6—導(dǎo)軌；7—螺母座；8—螺桿圖1　自動(dòng)送料機(jī)主視圖與俯視圖

根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)送料機(jī)，如圖1與圖2所示。首先來料工件通過推送裝置送到設(shè)備上，當(dāng)工件被準(zhǔn)確安放在設(shè)備上時(shí)，安裝在液壓缸兩側(cè)的行程開關(guān)被同時(shí)按下，兩個(gè)液壓缸活塞同時(shí)向下推出夾緊工件，間隔6s后伺服電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，工作臺(tái)做直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行到終點(diǎn)位置并觸碰到行程開關(guān)后，設(shè)備停止運(yùn)行，間隔5s后液壓缸活塞自動(dòng)縮回，此時(shí)工件被送到加工設(shè)備中。整個(gè)運(yùn)行過程由伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，并在電機(jī)的一側(cè)安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2　自動(dòng)送料機(jī)側(cè)視圖

圖3　伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2伺服控制過程

1) 控制分析

交流伺服系統(tǒng)采用松下MHMD022G1U永磁同步交流伺服電機(jī)，及MADHT1507E伺服驅(qū)動(dòng)器作為設(shè)備控制裝置，并自帶增量式旋轉(zhuǎn)編碼器。其自帶的編碼器反饋信號(hào)給MADHT1507E，MADHT1507E根據(jù)數(shù)據(jù)值進(jìn)行比較，調(diào)整角度,可實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制。接線控制過程如圖4。

圖4　MADHT1507E伺服驅(qū)動(dòng)裝置接線圖

采用西門子S7-200 226 AC/DC/RLY PLC做為信號(hào)發(fā)生裝置。將226機(jī)型中的輸出點(diǎn)Q0.0在內(nèi)部被定義為脈沖輸出端，合理的設(shè)置脈沖的數(shù)量決定MHMD022G1U電機(jī)的角位移，即設(shè)備傳送臺(tái)的直線行程，為保證電機(jī)的合理運(yùn)轉(zhuǎn)速度，需要設(shè)定合理的脈沖頻率，頻率越高則電機(jī)的速度就越快，S7-226的Q0.1為伺服驅(qū)動(dòng)器MADHT1507E的方向控制指令。

2) 伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置

伺服驅(qū)動(dòng)器MADHT1507E的參數(shù)設(shè)置如下：

P5—281

P0—010

P5—042

P0—04250

P0—021

P0—0313

P0—061

P0—073

P0—086000

3) 位置控制

設(shè)備縱向行程為430mm,下面實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)運(yùn)行所需的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)。首先選擇“PTO/PWM”選項(xiàng)。將QO.0作脈沖輸出，繼續(xù)選擇“線性脈沖輸出(PTO)”，使用高速計(jì)數(shù)器HSC0對(duì)生成的脈沖自動(dòng)計(jì)數(shù)。接下來設(shè)定電機(jī)速度參數(shù)，輸入MAX_SPEED為90000，把電機(jī)啟/停速度設(shè)定為600， ACCEL_TIME和DECEL_TIME分別為1000和200，完成運(yùn)動(dòng)包絡(luò)的界面。設(shè)定操作模式為相對(duì)位置、1個(gè)步的目標(biāo)速度、結(jié)束位置等步的指標(biāo)，形成包絡(luò)后設(shè)定數(shù)據(jù)目標(biāo)速度60000，結(jié)束位置85600。這樣，從液壓缸夾緊工件到最終位置松開工件的的包絡(luò)就設(shè)置完成了。

在運(yùn)動(dòng)包絡(luò)程序編制完成后，西門子S7-226的左側(cè)編程向?qū)?huì)自動(dòng)生成4個(gè)子程序，分別是控制PTOx_CTRL、PTOx_RUN、PTOx_LDPOS 和PTOx_MAN運(yùn)行。如圖5所示。

圖5　4個(gè)子程序的運(yùn)行圖

4) 設(shè)備回原點(diǎn)(即原始位置)程序調(diào)用

上述四個(gè)運(yùn)行圖可以看出，為了調(diào)用這些子程序，編程時(shí)應(yīng)預(yù)置一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，存儲(chǔ)子程序執(zhí)行時(shí)間參數(shù)，存儲(chǔ)區(qū)所存儲(chǔ)的信息，可根據(jù)程序的需要調(diào)用。由于程序過大，摘取回原點(diǎn)程序作為參考，即設(shè)備完成一次送料后，立即返回初始位置，當(dāng)傳感器檢測(cè)到螺母座返回到初始位置后，完成下一次自動(dòng)送料的過程，具體運(yùn)行過程原理見圖6。

圖6　回原點(diǎn)原理圖

3結(jié)語

在設(shè)計(jì)過程中以小型設(shè)備作為藍(lán)本，先期保證實(shí)驗(yàn)效果，所以設(shè)備驅(qū)動(dòng)裝置采用的是松下A5系列伺服驅(qū)動(dòng)裝置，并沒有進(jìn)行信號(hào)的方法處理等，但是作為一種設(shè)計(jì)思路對(duì)生產(chǎn)的效果仍然不可低估。

參考文獻(xiàn):

[1] 姜鑫，等. 一種非走心式單軸車床數(shù)控自動(dòng)送料機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械與電子，2011，(05): 24.

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[3] 陳明亮. DS—55型棒料剪切自動(dòng)送料機(jī)[J]. 軸承 1989, (06): 30.

Design of Mechanical Structure of Automatic Feeding

Machine and its Servo Drive Control

XIU Xue-qiang

(Shanxi Institute of Technology, Xi’an 710300,China)

Abstract:An automatic feeding machine is designed in this paper. The hydraulic transmission, the ball screw drive and other mechanical transmission are adopted in the mechanical structure, Panasonic MHMD022G1U permanent magnet synchronous AC servo motor and MADHT1507E full digital PMSM servo drive are used as a motion control device and the Siemens 226PLC is applied to the program control equipment to well control its operation.

Key words:servo control; automatic feeding machine; structure design

收稿日期：2015-01-20

中圖分類號(hào)：TH122; TM921.54

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1671-5276(2015)03-0155-03

作者簡(jiǎn)介：修學(xué)強(qiáng)(1972-)，男，河南方城縣人，副教授，主要從事機(jī)電、模具方面的設(shè)計(jì)、教學(xué)與研究工作。