研控步進(jìn)電機(jī)在表帶拋光中的應(yīng)用
2007/9/30 10:18:00
1 引言 制造業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,客戶對(duì)加工工藝提出新的要求,之前的手工作業(yè)很難達(dá)到客戶的工藝標(biāo)準(zhǔn)。如何從手工作業(yè)逐步轉(zhuǎn)為自動(dòng)化控制生產(chǎn),是國(guó)內(nèi)制造業(yè)需要考慮的問(wèn)題。運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的成熟,為制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化提供了便利。表帶拋光機(jī)的投用,就是基于運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的成熟而提升鐘表拋光行業(yè)自動(dòng)化層次的一種舉措。 2 工藝要求 表帶的幾何形狀共有三種:直線型、直線+圓弧、直線+直線,如圖1: 圖1 每次只拋光其中一種,排成三列,拋完第一列后轉(zhuǎn)入第二列,然后第三列。拋光輪壓在工件表面做往復(fù)運(yùn)動(dòng),并需向厚度方向進(jìn)給,在前進(jìn)或后退過(guò)程中,曲線接合處不能有明顯停頓;往復(fù)次數(shù)、進(jìn)給量由客戶決定,操作人員只需輸入?yún)?shù)L、R、θ、X、Y、往復(fù)次數(shù)、進(jìn)給量即可;拋光過(guò)程中可中途停下,收到相關(guān)指令后繼續(xù)跑完未完成的次數(shù);作業(yè)完畢自動(dòng)回到原點(diǎn),等待下一次拋光指令。 3 系統(tǒng)控制方案 由上述工藝要求可見(jiàn),當(dāng)中牽涉到定位與運(yùn)動(dòng)軌跡的問(wèn)題。步進(jìn)電機(jī)可將外部輸入脈沖轉(zhuǎn)換為角位移,且不存在累積誤差,可實(shí)現(xiàn)精確定位,兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)X-Y平面的插補(bǔ),而且步進(jìn)電機(jī)價(jià)格較低,因此,控制系統(tǒng)主要由下列器件構(gòu)成: 1)運(yùn)動(dòng)控制器 1臺(tái) 2)驅(qū)動(dòng)器 2臺(tái) 3)步進(jìn)電機(jī) 2臺(tái) 控制系統(tǒng)接線圖如圖2所示 圖2 控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心,負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)外設(shè)運(yùn)轉(zhuǎn),監(jiān)控外部I/O,接收鍵盤輸入,并通過(guò)顯示液晶實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互;運(yùn)動(dòng)軌跡插補(bǔ)算法亦由控制器底層程序完成。插補(bǔ)算法有逐點(diǎn)比較插補(bǔ)、DDA插補(bǔ)、時(shí)間分割法插補(bǔ)等,在此采用逐點(diǎn)插補(bǔ),其原理如下: 1)直線插補(bǔ): 圖3 如圖3,假設(shè)OA為待走直線,O為起點(diǎn),A為終點(diǎn),對(duì)于直線OA上任一點(diǎn)(X,Y),存在如下關(guān)系:X/Y = Xe/Ye 直線上點(diǎn)Pi(Xi,Yi)偏差函數(shù)Fi =Yi Xe -XiYe可理解為 若Fi= 0,表示加工點(diǎn)位于直線上; 若Fi> 0,表示加工點(diǎn)位于直線上方; 若Fi< 0,表示加工點(diǎn)位于直線下方。 采用偏差函數(shù)的遞推式(迭代式)由前一點(diǎn)計(jì)算后一點(diǎn) 若規(guī)定Fi>=0,向 +X 方向走一步 Xi+1 = Xi +1 Fi+1 = XeYi –Ye(Xi +1)=Fi –Ye 若規(guī)定Fi<0,向+Y 方向走一步,則有 Yi+1 = Yi +1 Fi+1 = Xe(Yi +1)-YeXi =Fi +Xe 通過(guò)判斷插補(bǔ)或進(jìn)給的總步數(shù)判別是否到達(dá)直線終點(diǎn) 2)圓弧插補(bǔ) 圖4 如圖4第一象限圓弧,點(diǎn)A在圓外,點(diǎn)B在圓上,點(diǎn)C在圓內(nèi),則有如下關(guān)系: A(X,Y)點(diǎn)處有:X2+Y2>R2 X2+Y2-R2>0 B(X,Y)點(diǎn)處有:X2+Y2=R2 X2+Y2-R2=0 C(X,Y)點(diǎn)處有:X2+Y2<R2 X2+Y2-R2<0 原始的偏差計(jì)算公式為:F=X2+Y2-R2(X,Y為當(dāng)前插補(bǔ)點(diǎn)動(dòng)態(tài)坐標(biāo))。 顯然,F<0時(shí),須朝+Y向走一步;F≥0時(shí),須-X向走一步。為方便匯編編程和提高計(jì)算速度,對(duì)偏差F的計(jì)算公式加以簡(jiǎn)化: 插補(bǔ)點(diǎn)位于A、B點(diǎn)時(shí),走完下一步(-X):動(dòng)態(tài)坐標(biāo)變?yōu)椋ǎ兀剑兀?,Y=Y),新偏差變?yōu)椋疲剑ǎ兀保?+Y2-R2=F-2X+1。 插補(bǔ)點(diǎn)位于C點(diǎn)時(shí),走完下一步(+Y):動(dòng)態(tài)坐標(biāo)變?yōu)椋ǎ兀剑?,Y=Y+1),新偏差變?yōu)椋疲剑?+(Y+1)2-R2=F+2Y+1。 因此, 走完-X后:偏差計(jì)算公式為F=F-2X+1,動(dòng)態(tài)坐標(biāo)修正為X=X-1; 走完+Y后:偏差計(jì)算公式為F=F+2Y+1,動(dòng)態(tài)坐標(biāo)修正為Y=Y+1。 驅(qū)動(dòng)器接收控制器發(fā)來(lái)的信號(hào),經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。此處采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器,一方面可減低震動(dòng)和噪音,另一方面也可相應(yīng)提高精度. 步進(jìn)電機(jī)則把脈沖轉(zhuǎn)換為角位移,并通過(guò)滾珠螺桿轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)插補(bǔ) 4 運(yùn)行效果 系統(tǒng)自投用以來(lái),運(yùn)行效果良好。此前表帶拋光均手工完成,工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,產(chǎn)品一致性難以保證,品質(zhì)因人而異,不好控制;轉(zhuǎn)為機(jī)器生產(chǎn)后,提高了生產(chǎn)效率,產(chǎn)品品質(zhì)易于控制,減少人員流動(dòng)對(duì)產(chǎn)品的影響,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,且易于操作。 5 結(jié)束語(yǔ) 步進(jìn)電機(jī)成本低,精度高,隨著運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的成熟,被廣泛應(yīng)用于紡織、雕刻、拋光等行業(yè)以及舊機(jī)床改造。驅(qū)動(dòng)器細(xì)分技術(shù)的應(yīng)用,大大縮短步進(jìn)與侍服的差距,促進(jìn)自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展。
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