中空旋转(回转)平台的控制与实现

2019-03-04

01工序简介

本文介绍的TWD旋转式工作台,可用于需要快速自动多道加工工序的场合,例如涂胶、焊接、电子插件、加工制造领域。包括台面、传感器、机架、电机、减速机、控制与驱动装置。多工位旋转工作台的功能是完成回转分度运动,将工作台面及其工件自动回转一定角度,将其依次转动送到各个加工位置,完成产品必须的加工或组装工序。可实现工件一次安装完成,甚至包括装、卸等上、下料动作。图1所示为十工位的旋转工作台。

中空旋转平台(图2)是行星伺服减速机中的一个系列,可用于多种旋转运动场合。它集高工作效率,高精度,高性价比于一身,马达轻松配制,承载稳重,可搭配AC伺服马达或步进马达做任意角度分割,重复定位精度可达5秒左右,既可满足传统凸轮分割器无法达到的变工位控制,定位精度又可媲美DD马达,因此,可大幅度降低成本,取代DD马达与凸轮分割器在工厂中的应用。

中空旋转平台带动的多工位旋转工作台应用在自动化产线中,能够避免传统水平流水线的工位间传送时间长,无法精确定位,占用场地大等缺陷,并能够克服分割器或气动分度台工位数、旋转角度、旋转方向不可变等缺陷。

下面介绍利用步进电机驱动的中空旋转平台进行四工位旋转工作台的控制和实现方式。该设备配合人机界面可实现任意旋转方向及任意工位角度调整的功能,安装简单且更具有控制的灵活性。

02
系统构成

本文以四工位装置为例,选用定位型专用的松下PLC:AFPX-C30T作为控制器,该PLC具备4轴脉冲驱动输出(2轴100kHz,2轴20kHz),成本低,性价比高。

本设备采用人机界面(HMI)作为显示和数据交互部件,型号GC-4401W,该触摸屏同样具有较高的性价比。通过界面可进行旋转方向、速度、每工位角度即加工位置等参数的设置。

位置确认传感器用于检测每工位到位与否的检测,可将旋转后的工位信息反馈给PLC,形成闭环控制系统。

3、力矩分析

03
力矩分析

本文选用的中空旋转平台采用步进电机为主要驱动部件,其容许转矩为12Nm,反复定位精度为±15秒,该平台容许的惯性载重为50Nm。

本文设备的主要机械结构参数如下表1

分度盘直径DT=0.5m

分度盘厚度LT=0.015m

工作物直径DW=0.15m

工作物厚度LW=0.09m

工作台材质密度ρ=2700kg/m3

工作物数量n=4个

由分度盘中心至工作物中心的距离l=0.22m

定位角度θ=90°

定位时间t=1s

加减速时间比A=25%

减速机减速比i=18

减速机效率ηG=0.7

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由上述数据经过计算可得出
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加减速时间

减速机输出轴角加速度

减速机输出轴最大转速

电机轴角加速度

电机输出轴转速

因为摩擦负载及小,故忽略

工作台的惯量

工作物质量

全负载惯量

负载折算到电机轴上的惯量

此处选取的中空旋转平台电机惯量为:

电机轴加速转矩

此处安全系数S选为2


必须转矩

负荷与电机惯量比

04
软件参加数分析

脉冲当量是指当控制器输出一个定位控制脉冲时,所产生的定位控制移动的位移。对直线运动来说,是指移动的距离,而对圆周运动来说。是指其转动的角度。

本文采用步进电机为两相混合步进电机,步距角为1.8度,旋转平台减速比为18:1,反复定位精度为±15秒。

由上述参数可知平台在未细分前,平台旋转一圈需要控制器发出3600个脉冲,脉冲当量为0.1度,此时,一个脉冲对应弧长为

(单位米)约为0.44mm,此精度无论是相比平台本身精度还是加工精度都较低,因此可将驱动器脉冲细分选为10,这样脉冲当量折合到平台端可达0.01度,即为36秒,对应的弧长约为0.05mm,这样设置即可满足加工精度,又能充分利用驱动器和电机精度。


05
控制实现

本设备四个工位可进行如下分配,依次为:上料工位、加工工位1,加工工位2,下料工位。

图4为该装置动作流程图,上电后,如需进行位置、速度等参数设置可在HMI上进行参数设置,如不需要可直接进入工作状态。

为保证操作安全,参数设置一般需要在正式开始工作中进行。

上电后转台逆向转动触发原位传感器,原点建立。工位1上料完成后,按下启动按钮,转台开始旋转,旋转到位后,上料工位可再次进行上料操作,同时,加工工位1与加工工位2设备启动,进行加工操作,下料工位进行下料操作,四个工位操作全部完成后,再次进行转台的旋转启动。


06
程序实现

梯形图(LAD,LadderLogicProgrammingLanguage)是PLC使用得最为广泛的图形编程语言。本文采用松下编程软件FPWINGR进行PLC的编程与调试,其中,寻找原点及工位旋转的梯形图程序段如下图5。

本段程序采用松下PLC定位指令PLSH,执行条件为ON时输出脉冲,目标值确定后当两者一致时,停止脉冲的输出,转台到达目标位置,转动停止。


07
结论

基于中空旋转平台的回转工作台提高了整体设备的灵活性和适应性,具有较高的性价比,实现起来简便可靠,可根据应用环境的实际情况做出灵活的调整、扩展,是一种经济实用的加工设备。




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