精密加工技術(shù)發(fā)展很快，新的加工方法和設(shè)備層出不窮，計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用使精密加工技術(shù)更為普及和多樣。實(shí)現(xiàn)精密和超精密切削加工有三種方法： (1) 采用和研制高精度加工設(shè)備；(2) 采用新的切削工具材料；(3) 利用加工與測量控制一體化技術(shù)。前兩種方法成本較高，而后一種方法成本較低，具有廣闊的前景。在后一種方法中，除了要保證刀具的精度、夾具的精度以及測量精度外，還有一項(xiàng)重要內(nèi)容就是微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的精度及其控制精度。筆者在控制精密磨削的研究中，利用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠作為進(jìn)給機(jī)構(gòu)，在滾珠絲杠確定后，步進(jìn)電機(jī)的控制精度成為了主要矛盾.
1 步進(jìn)電機(jī)的控制
步進(jìn)電機(jī)在不失步的正常運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)角嚴(yán)格地與控制脈沖的個(gè)數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與控制脈沖的頻率成正比。可以方便地實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制及調(diào)整和定位。由于步進(jìn)電機(jī)和負(fù)載的慣性，它們不能正確地跟蹤指令脈沖的啟動(dòng)和停止運(yùn)動(dòng)，指令脈沖使步進(jìn)電機(jī)可能發(fā)生丟步或失步甚至無法運(yùn)行。因此，必須實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)升降速功能。為了實(shí)現(xiàn)速度的變化，輸入的位移脈沖指令相應(yīng)地要升頻、穩(wěn)頻、和降頻這些脈沖序列，可以由脈沖源加專用邏輯電路來產(chǎn)生，也可以由微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)生。對于脈沖源加邏輯電路構(gòu)成的控制器來說，控制邏輯是固定的，即控制電路一經(jīng)固定，其控制邏輯也就固定了。
如果要改變控制邏輯和控制方案，必須改變電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)，而使用計(jì)算機(jī)控制，不必改動(dòng)硬件電路，只要修改程序，就可以改變控制方案。且可以從多種控制方案中，選取一種最佳方案進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。也可以用同一套系統(tǒng)對不同控制方案的多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)同時(shí)控制。利用計(jì)算機(jī)控制的形式也很多，本文介紹PLC位控單元對步進(jìn)電機(jī)的控制.
2 PLC 系統(tǒng)組成及位控單元的工作原理
本研究所利用的PLC 系統(tǒng)的組成包括如下七大模塊：電源，CPU ，位控單元， I/ O 單元，A/ D ，D/ A 單元，如圖1 所示。其中位控單元的主功能是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)(或伺服電機(jī)) 與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器聯(lián)結(jié)時(shí)，輸出脈沖序列控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角。
進(jìn)給機(jī)構(gòu)可以是2 軸型，也可以是4 軸型。本文采用的是前者，即滾珠絲杠的橫向進(jìn)給與縱向進(jìn)給，如圖2所示。
具體地說，位控單元實(shí)現(xiàn)速度以及位置的控制方法有多種，如E 點(diǎn)控制(單速度控制) ，如圖3(a) 所示；P 點(diǎn)控制(多級(jí)速度控制) ；線性加/ 減速和S型加/ 減速，( a ) ， ( b)為線性加/ 減速，S型如。除此之外還有絕對位置控制和相對位置控制等.
表1 給出了E點(diǎn)控制不同模式的控制碼(P 點(diǎn)與其相同)。
3 磨削加工PLC 控制原理
如圖4 所示， PLC 可以控制變頻器、傳感器、步進(jìn)電機(jī)。
總控制程序流程圖如圖5 所示。其中兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)是利用PLC 的位控單元控制的。
在進(jìn)行精密磨削過程中，橫向進(jìn)給將是十分重要的，PLC 的位控單元能較精確地控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角，從而使?jié)L珠絲杠獲得精確定位。由于PLC 位控單元的控制方法有多種，對于磨削加工來講，橫向進(jìn)給量不能大于215μm ，通過實(shí)驗(yàn)的方法可以找出最佳方案。這里只通過一種控制方法來說明位控單元的具體應(yīng)用。首先，設(shè)置原點(diǎn)，利用光柵尺粗對刀，測量出對刀位置距原點(diǎn)的距離。為防滾珠絲杠出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，工作臺(tái)從原點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過一段距離以后開始自動(dòng)加/ 減速。此時(shí)，只要給定起始速度，目標(biāo)速度，加速/ 減速時(shí)間以及位置要求值，并設(shè)定控制碼即可實(shí)現(xiàn)上述功能，相關(guān)程序如圖6 所示。如果假設(shè)滾珠絲杠的螺距為d ，步進(jìn)電機(jī)的步距角為α°；進(jìn)給速度為v (mm/ s) ；行程為s (mm) ；則要求的脈沖頻率(即程度中的目標(biāo)速度) 為f = 360 v/αd (Hz) ；總脈沖數(shù)(即程序中的位置要求值) 為F =360s/da(個(gè))
4 結(jié)束語
PLC 位控單元具有運(yùn)行速度快、靈敏度高、精度高、編程簡單等眾多優(yōu)點(diǎn)。因此，它對于在精密加工領(lǐng)域的研究開發(fā)與應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。
