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      旋轉編碼器在數控珩磨機中的應用

      發布日期:2010-11-25 13:06:42 來源: www.lifeiscat.com 點擊量:

        珩磨機的往復行程精度控制一直是制約珩磨機高速化發展的瓶頸。本文介紹一種利用旋轉編碼器發出的脈沖做CPU計數脈沖方法來實現對珩磨機往復行程的精確控制,從而對珩磨機床品質的提高發生質的飛躍。

        以往的珩磨機行程控制是靠機械鏈輪將直線運動轉化為旋轉撞塊的碰撞或滑塊的碰撞來改變珩磨機往復的換向,往復的行程是靠調整滑塊、撞塊的位置來實現的,它有諸多不便:

        (1)由于人工操作,往復行程很難調整到理想的位置,調整起來也不方便。(2)加之滑塊碰撞有磨損、松動之嫌,往復反向時容易引起重復定位精度偏差過大。(3)需要經常校正撞塊的位置。(4)往復要求小行程時,無法設置。(5)由于接觸式碰撞容易損壞器件,造成維護成本過高。為此我們在數控珩磨機中采用旋轉編碼器來做控制元件,成功地克服了上述缺點。

        2.編碼器的選型

        大家知道旋轉編碼器發出的脈沖分A相脈沖和B相脈沖,有了A、B兩相脈沖,PLC的CPU高速計數輸入端就可根據A、B兩相脈沖到來的順序,判斷旋轉編碼器是正向旋轉還是反向旋轉。若設定旋轉編碼器正向旋轉為加計數,那么反向旋轉就為減計數,由于本機床使用的是歐姆龍CJ1M可編程序控制器,它帶有一個 100kHz的高數計數單元,這就對它的接收脈沖頻率要給予限制,以此為依據對編碼器選型。一般珩磨機的往復速度在3~30m/min,即最大往復速度為 500mm/s,假設編碼器由帶輪直聯帶動,編碼器帶輪直徑為60mm,編碼器帶輪周長L=πD=3.14×60=188.4mm,則編碼器最高轉速為 500mm/188.4mm/s=2.65r/s,若編碼器每轉輸出脈沖為10000P/R,則編碼器最高頻率為2.65?10000P /R=26.5kHz,遠小于100kHz,本機床選用編碼器為OMRON E6B2-CWZ6C-2000P/R,每轉能輸出2000個A、B脈沖,而CJ1M的CPU對高速輸入端的脈沖取上升沿和下降沿的跳變信號做計數信號,這相當于對旋轉編碼器發出的脈沖信號有四倍頻的作用,即旋轉編碼器旋轉一轉,CPU的高速計數單元按2000P/R×4=8000P/R計數,即使這樣也不會超出CPU的最高計數頻率,因此不需要另加其它高速計數單元硬件。

        3.高速計數單元的設置

        CJ1M型可編程序控制器的高速計數輸入端有線性和循環計數方式之分,本機床計數輸入端按差相線性計數方式設置。

        4.原理

        將珩磨機往復全行程上、下換向點,水圈位置的坐標數值分別以十進制數(16進制需轉化)放置在CJ1M數據寄存區不同的DM地址中,以這些數值為目標值,高速計數輸入端傳送來的累加計數或累減計數值為當前值,用當前值與幾個目標值進行比較,比較的結果發出中斷,控制主軸往復是向下換向還是向上換向。

        由前所述,編碼器帶輪直徑D=60mm,編碼器帶輪周長L=188.4mm,編碼器每轉一圈發出的脈沖數:2000×4倍頻=8000個,編碼器的每個脈沖代表往復移動的距離即脈沖當量,脈沖當量=188.4/8000=0.02356mm/P,根據此脈沖當量可計算出水圈零點位置分別到往復上換向點、下換向點以及上極限點的距離(脈沖數),這些距離的數值可做為它們目標值的坐標,上下換向點的坐標之差即為往復行程的距離。當主軸往復的行程確定后,改變上、下換向點的坐標值,可改變主軸往復的行程區間。這些值的設定可通過觸摸屏來直接設定。根據觸摸屏和 CJ1M的通訊協議傳送到CJ1M的DM區寄存器(觸摸屏與CJ1M的通訊不再說明)。

        5.調試

        水圈位置零點的確定:要想往復控制精確,必須找出一個珩磨開始往復的唯一起始基準點—水圈零點,才能確保精確,這就提出了一個難點,如何使水圈位置零點唯一不變。由于無觸點接近開關的感應發訊是在一個區域范圍內,若在機床上電的一瞬間,感應塊在水圈無觸點開關發訊范圍內的任一位置上,此時CPU讀取水圈零點的數值,其位置在空間不是一個固定點,上、下范圍內最大可差十幾毫米,這就無法唯一確定水圈位置、更無法實現準確控制。

        若機床在上電一瞬間,感應塊不在水圈無觸點開關發訊范圍內,這樣有兩種情況:一種感應塊位置在水圈開關之上;另一種感應塊位置在水圈開關之下。要使CPU 讀取水圈零點的數值,必先使感應塊逼近水圈開關發訊的范圍,那么,它們又有上逼近點和下逼近點,二者之間又相差十幾毫米,結果也不是唯一的。

        如果把零點放在上極限位,雖然主軸往復向上到最高點上極限位置不能繼續上移,主軸向上移動到上極限位置也只有下逼近,但每次機床上電往復前必須把主軸上移至上極限位置,從上極限位置開始起始工作,這樣即麻煩,又影響工作效率,

        很不湊效,無法突破.在后來調試中,經認真觀察分析,總結出主軸在機床上電的一瞬間,停止位置無非有三種情況(見附圖):

        (1) 停在上極限和水圈開關上方不發訊的范圍A區內;

        (2) 停在水圈開關發訊的范圍B區內;

        (3) 停在水圈開關下方不發訊的范圍C區內。

        第一種情況要想使主軸正常往復,感應塊必須通過水圈開關發訊范圍B區,第二種情況感應塊本身就在水圈開關發訊范圍B區,第三種情況要想使主軸正常往復,必須使主軸在往復區域內受控。要使其受控必須建立一個唯一坐標基準水圈位置零點,那么往復前必先使主軸向上達到水圈開關發訊范圍B區,這樣將第一種和第三種情況都歸納為第二種情況——坐標數值零點登記。從零點登記后到主軸進入往復區域內正常往復,主軸必須得到一個向下往復的指令。綜合上述三種情況,主軸進入正常往復區域往復,必須有一個離開水圈開關位置向下從發訊到不發訊的一個過程,我們取這個發訊到失訊的下沿信號做為零點登記賦值信號,這個結果是唯一的。不考慮主軸是從上或從下逼近水圈開關,只取其“向下”離開水圈開關失訊的那一時刻為基準,因為我們知道同一個無觸點接近開關,在其它條件相同的情況下,發訊檢測距離從發訊到失訊是一定的,即只要開關的位置不變,則感應塊向下離開水圈開關使開關失訊的空間位置是一定的,這就順利地解決了水圈位置零點是唯一的問題,使其有一個突破。

        如果把主軸在水圈位置零點的坐標定為0,主軸向下旋轉編碼器計數為正值,那么在往復區內的計數值均為正值,而當主軸上升到水圈開關位置上方至上極限區域內,計數值為負值,這給數據處理帶來不便。為保證其數據均為正值,將零點登記時坐標賦值設為5000,即5000×脈沖當量=5000×0.02356=118mm。本機床水圈開關到上極限開關的距離小于100mm,即使主軸上升到上極限位置停止,其計數結果也不會出現負值。例如水圈開關零點登記賦值5000,上換向點坐標設6300,下換向點坐標設18000,則上換向點距水圈開關的距離為:(6300-5000)×0.02356=30.6mm 下換向點距水圈開關的距離為:(18000-5000)×0.02356=306mm主軸的往復行程為:(18000-6300)×0.02356=275mm,改變其上、下換向點的坐標設置,即可調節主軸往復行程的大小和往復區域。

        6.結束語

        使用旋轉編碼器做珩磨機往復行程的控制,控制靈活,效率提高??梢钥朔矇K碰撞或滑塊碰撞控制珩磨機往復換向的諸多缺點,使用起來極其方便,往復程行區域、上下換向位置在規定的范圍內可以任意設定,由于采用非接觸式、無撞塊控制,可實現免維護。為此,使用旋轉編碼器做珩磨機的控制元件,可以為珩磨機的高速化發展奠定一定的基礎。

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