高速冲槽机等分间歇冲槽创新程序设计

　　摘要：以往冲槽机在冲制间隙槽冲片时采用机电装置控制冲头进行冲制，速度慢，损耗大，效率低。为了提高效率，降低损耗，则需在PLC控制程序上进行创新设计：由新设计控制程序来代替原间隙冲控制方式，根据间隙冲工艺特点，设计新的计算公式和控制方式，合理分配余数脉冲，即保证冲片精度，又提高机床运行速度，使产品合格率由原91.5%提高到99.3%，加工速度提高18%。并减掉这部分机电硬件，提高了设备可靠性。通过改造，说明较好的PLC程序设计完全可以更好地替代原硬件控制功能。
　　关键词：冲槽机；间歇冲；分度；PLC程序设计
　　中图分类号：TN911?34；TP205文献标识码：A文章编号：1004?373X（2013）20?0087?04
　　0引言
　　随着自动化设备对控制的高精度、高响应性需求的不断增加，自动化控制技术不断提高。精准的高速定位控制得到了广泛应用。PLC这一工业控制方式也从早期的逻辑控制领域不断扩展到运动控制领域实现了以往PLC无法完成的运动控制功能。
　　台达PLC采用IEEE754的标准，该公司WPL编程器是应用程序开发平台，熟练掌握WPL编程器的使用方法将会使用户开发应用程序极为方便。DVP20PM是台达公司PLC家族中运动控制器，内含双CPU，具有较强的运算处理能力，内嵌电子凸轮功能，可轻松完成两轴运动控制，性价比较高[1]。不足之处是输出采用脉冲式信号方式，输出最大伺服控制频率为500kHz，但在实际使用测试中发现输出频率只能表现在350kHz以下，这样，系统数据分辨率被限制在较低的水平上，例如：伺服电机旋转一圈的脉冲数只能设定在360000个/圈较为适当，即1°为1000个脉冲。由下式可知系统数据分辨率与伺服电机转速及输出频率之间的关系：
　　[Qn60N≤Fd]
　　即：
　　[Q≤FdN60n]
　　式中：Q为系统数据分辨率；n为伺服电机每分钟工作转速；N为机械齿轮减速比；Fd为输出控制频率（实际在主轴600r/min系统最高转速情况下，伺服输出控制频率由于与主轴为电子凸轮同步关系，输出控制频率约为310kHz左右）。
　　冲槽机中采用的伺服电机额定转速为1500r/min，一般较佳稳定工作转速在750r/min左右，机械齿轮减速比为1∶15，通过上式计算，系统数据分辨率只能在360000p/每圈。
　　通过上式分析，控制器输出频率较低限制了系统数据分辨率的提高。
　　1等分间歇冲槽程序设计思路
　　由于20PM计算数据分辨率较低，这給设计相应的PLC程序带来了较大的困难，例如：用户设计冲制35槽产品，[36000035]=10285.7142857个脉冲，遇到除不尽数据，即每槽为10285个脉冲，每槽还余下0.7142857个脉冲（PLC控制最小单位为1个脉冲，每槽余数脉冲信号PLC无法执行操作），35槽共余约25个脉冲，如果丢弃25个余数脉冲，一方面将产生计算控制误差，冲制精度将大大下降。另一方面伺服电机旋转一圈将会是360000-25=359975，即359.975°，回不到原点。
　　因此，就要想办法把这25个余数脉冲均勻分配到35槽中。也就是说要用另外控制程序来处理这件工作，这段程序一般设计成子程序，其流程图如图1所示。
　　其控制部分程序如图2所示。
　　采用上述编程方式是为了把余数脉冲较均勻地分配在全部槽数中，即有的槽分配10285个脉冲，有的槽分配10285+1个脉冲。如果总余数脉冲数大于总槽数的一半以上，即不能间隔分配余数脉冲，只能连续在每一槽中放置一个余数脉冲，即从第1槽到第25槽每槽脉冲数是10286个，第26～35槽每槽为10285个脉冲。
　　如果小于总槽数的一半，则可以间隔槽数放置，即槽1=10286、槽2=10285、槽3=10286、槽4=10285个脉冲……，这样在冲片园周上更均勻对称一些。
　　上述情况比较简单，程序编制还算是较容易。但有的用户设计有特殊电机冲片，即同样总槽数是有余数脉冲，冲制方式是：例如冲3槽，旋转2槽的角度位置不冲孔槽，即俗称间歇冲。
　　其示意图如图3所示。
　　仍然以总槽数为35槽来说明问题，即有余数脉冲数为25个，设定冲3槽停2槽冲制方式，共有7组间歇槽（见图3），为了保证这25个余数脉冲放置均匀，设计成余数脉冲都分配在停冲槽角度中（停冲槽也称跨步槽），以保证冲制槽槽距都相等，这样分配余数脉冲能符合用户电机设计工艺要求（在冲片直径=500mm时，一个脉冲约为0.005mm）。
　　接下来是要仔细分析如何分配这些余数脉冲，总跨步槽为7组，[257]=3，余4，即每个跨步槽分配3个余数脉冲（跨步槽实为三槽角度，即10285×3）后还余4个脉冲，这4个脉冲是余数25计算余出的脉冲数，称之为次余数，次余数仍然还要再次分配，要判断是否大于总间歇组数的[23]倍，如果大于，则再连续放置跨步槽中，如果小于则要间隔放置。现在是4个次余数，按照上述规划：
　　次余数<总间歇组数×[23]
　　即：
　　2设计梯型图控制程序
　　程序设计中关键点是信号控制时序，因为控制方式使用了20PM控制器内嵌电子凸轮功能[2]，定心伺服轴作为从轴跟随滑块主轴同步运动，在高速冲制过程中需要动态改变数据，控制命令脉冲起始时间是非常重要的，这种控制命令脉冲最好是由控制器本身提供，这样的控制信号才能与内嵌电子凸轮模块配合的很好，能把准确计算出的数据正确及时输入到相关寄存器中，实行准确分度。如果时序安排不准确，尽管设计方法正确，数据计算也无问题，但机床运行起来还是达不到设计要求，甚至回不了原点。程序设计流程图见图4。