盧 森

（中國航發(fā)貴州黎陽航空發(fā)動機有限公司，貴州貴陽 550014）

0 引言

普通磨床，由于生產(chǎn)的需要，要實現(xiàn)在磨削過程中的自動進給控制。機床原來的進給，是由操作者通過刻度盤手工控制的，勞動量相當(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，在自動進給方向，引進了步進電機，來實現(xiàn)進給。

1 配置研究

步進電機驅(qū)動的開環(huán)伺服機構(gòu)，通常采用PLC（或步進電機控制器）+步進驅(qū)動器+步進電機的結(jié)構(gòu)形式。PLC 對比于步進電機控制器，更靈活方便，功能的擴展性更好，工程中選用PLC。

1.1 行程控制

由數(shù)控滑臺的結(jié)構(gòu)可知，滑臺的行程正比于步進電機的總轉(zhuǎn)角，因此只要控制步進電機的總轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角正比于所輸入的控制脈沖個數(shù)，因此可以根據(jù)伺服機構(gòu)的位移量，確定PLC 輸出的脈沖個數(shù)：

式中 DL——伺服機構(gòu)的位移量，mm

D——伺服機構(gòu)的脈沖當(dāng)量，mm/脈沖

1.2 速度控制

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

式中 Vf——伺服機構(gòu)的進給速度，mm/min

1.3 進給方向控制

進給方向控制即步進電機的轉(zhuǎn)向控制。步進電機的轉(zhuǎn)向可以通過改變步進電機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，是因為其能同時輸出兩組100 KHz 脈沖，而且成本較低。DRVA 指令（絕對位置控制）和DRVI 指令（相對位置控制）能很好地控制電機的方向和速度。

1.5 驅(qū)動器及步進電機選型

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

1.6 驅(qū)動器與PLC 的連接

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

圖1 驅(qū)動器與PLC 的接法

2 調(diào)試中問題處理

電機脫機的調(diào)試，只能完成空載及預(yù)估速度與方向的調(diào)整，實際的控制效果，還需要上機調(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

電機的轉(zhuǎn)動速度轉(zhuǎn)換成直線速度，是需要計算的。設(shè)置好脈沖數(shù)，轉(zhuǎn)換成分鐘轉(zhuǎn)速，通過傳動比，轉(zhuǎn)換成伺服機構(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構(gòu)的直線移動速度，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 在一個行程的最值。如果這個最值滿足不了需求，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間的進給，由此，進給量會隨速度變化而變化。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 漸進工作方式（圖4）

3.2.3 中低速調(diào)速程序（圖5）

圖4 漸進工作方式PLC 程序

圖5 中低速調(diào)速PLC 程序

4 結(jié)束語

初次上電，需要對系統(tǒng)初值作一次設(shè)定（由設(shè)計人員完成），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，但這只針對機床為斷電時有效。當(dāng)機床重新上電后，機床中低速恢復(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)計要求。從使用效果看，極大地減輕了工人的勞動強度。

普通磨床的步進電機進給改造，在我廠的應(yīng)用中尚屬首次，具備很好的推廣價值。本工程造價材料費用不到2000 元，卻使操作者勞動量大大降低，同時使機床有了半自動加工的概念，是物超所值的。