基于中空旋轉平臺的回轉工作臺的控制與實現(xiàn)

郭慧芳，儲振

摘要：本文介紹了一種利用步進中空平臺搭建的多工位旋轉分度臺的控制實現(xiàn)方法，配合人機界面可方便的實現(xiàn)等分或非等分的多工位加工或檢測。運行穩(wěn)定，操控簡易，結合自動卸料的工位更可大大提高了生產效率降低操作人員勞動強度。

關鍵詞：中空平臺；轉矩；步距角；脈沖當量；PLC；梯形圖

中圖分類號：TM301文獻標識碼：A文章編號：

1、引言

本文介紹了一種旋轉式工作臺,可用于需要快速自動多道加工工序的場合，例如涂膠、焊接、電子插件、加工制造領域。包括臺面、傳感器、機架、電機、減速機、控制與驅動裝置。多工位旋轉工作臺的功能是完成回轉分度運動，將工作臺面及其工件自動回轉一定角度，將其依次轉動送到各個加工位置，完成產品必須的加工或組裝工序。可實現(xiàn)工件一次安裝完成，甚至包括裝、卸等上、下料動作。圖1所示為十工位的旋轉工作臺。

中空旋轉平臺（圖2）是行星伺服減速機中的一個系列，可用于多種旋轉運動場合。它集高工作

效率，高精度，高性價比于一身，馬達輕松配制，承載穩(wěn)重，可搭配AC伺服馬達或步進馬達做任意角度分割，重復定位精度可達5秒左右，既可滿足傳統(tǒng)凸輪分割器無法達到的變工位控制，定位精度又可媲美DD馬達，因此，可大幅度降低成本，取代DD馬達與凸輪分割器在工廠中的應用。

中空旋轉平臺帶動的多工位旋轉工作臺應用在自動化產線中，能夠避免傳統(tǒng)水平流水線的工位間傳送時間長，無法精確定位，占用場地大等缺陷，

并能夠克服分割器或氣動分度臺工位數(shù)、旋轉角度、旋轉方向不可變等缺陷。

本文將介紹利用步進電機驅動的中空旋轉平臺進行四工位旋轉工作臺的控制和實現(xiàn)方式。該設備配合人機界面可實現(xiàn)任意旋轉方向及任意工位角度調整的功能，安裝簡單且更具有控制的靈活性。

2、系統(tǒng)構成

本文以四工位裝置為例，選用定位型專用的松下PLC:AFPX-C30T作為控制器，該PLC具備4軸脈沖驅動輸出（2軸100kHz,2軸20kHz）,成本低，性價比高。

本設備采用人機界面（HMI）作為顯示和數(shù)據(jù)交互部件，型號選用普洛菲斯公司的GC-4401W,該觸摸屏同樣具有較高的性價比。通過界面可進行旋轉方向、速度、每工位角度即加工位置等參數(shù)的設置。

位置確認傳感器用于檢測每工位到位與否的檢測，可將旋轉后的工位信息反饋給PLC，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

3、力矩分析

本文選用的中空旋轉平臺采用步進電機為主要驅動部件，其容許轉矩為12Nm，反復定位精度為±15秒，該平臺容許的慣性載重為50Nm。

本文設備的主要機械結構參數(shù)如下表1：

分度盤直徑DT=0.5m

分度盤厚度LT=0.015m

工作物直徑DW=0.15m

工作物厚度LW=0.09m

工作臺材質密度ρ=2700kg/m3

工作物數(shù)量n=4個

由分度盤中心至工作物中心的距離l=0.22m

定位角度θ=90°

定位時間t=1s

加減速時間比A=25%

減速機減速比i=18

減速機效率ηG=0.7

由上述數(shù)據(jù)經過計算可得出:

加減速時間

減速機輸出軸角加速度

減速機輸出軸最大轉速

電機軸角加速度

電機輸出軸轉速

因為摩擦負載及小，故忽略

工作臺的慣量

工作物質量

全負載慣量

負載折算到電機軸上的慣量

此處選取的中空旋轉平臺電機慣量為:

電機軸加速轉矩

此處安全系數(shù)S選為2

必須轉矩

負荷與電機慣量比

4、軟件參數(shù)分析

脈沖當量是指當控制器輸出一個定位控制脈沖時，所產生的定位控制移動的位移。對直線運動來說，是指移動的距離，而對圓周運動來說。是指其轉動的角度。

本文采用步進電機為兩相混合步進電機，步距角為1.8度，旋轉平臺減速比為18：1，反復定位精度為±15秒。

由上述參數(shù)可知平臺在未細分前，平臺旋轉一圈需要控制器發(fā)出3600個脈沖，脈沖當量為0.1度，此時，一個脈沖對應弧長為

（單位米）約為0.44mm，此精度無論是相比平臺本身精度還是加工精度都較低，因此可將驅動器脈沖細分選為10，這樣脈沖當量折合到平臺端可達0.01度，即為36秒，對應的弧長約為0.05mm，這樣設置即可滿足加工精度，又能充分利用驅動器和電機精度。

5、控制實現(xiàn)

本設備四個工位可進行如下分配，依次為:上料工位、加工工位1，加工工位2，下料工位。

圖4為該裝置動作流程圖，上電后，如需進行位置、速度等參數(shù)設置可在HMI上進行參數(shù)設置，如不需要可直接進入工作狀態(tài)。

為保證操作安全，參數(shù)設置一般需要在正式開始工作中進行。

上電后轉臺逆向轉動觸發(fā)原位傳感器,原點建立。工位1上料完成后，按下啟動按鈕，轉臺開始旋轉，旋轉到位后，上料工位可再次進行上料操作，同時，加工工位1與加工工位2設備啟動，進行加工操作，下料工位進行下料操作，四個工位操作全部完成后，再次進行轉臺的旋轉啟動。

6、程序實現(xiàn)

梯形圖（LAD，LadderLogicProgrammingLanguage）是PLC使用得最為廣泛的圖形編程語言。本文采用松下編程軟件FPWINGR進行PLC的編程與調試，其中，尋找原點及工位旋轉的梯形圖程序段如下圖5。

本段程序采用松下PLC定位指令PLSH，執(zhí)行條件為ON時輸出脈沖，目標值確定后當兩者一致時，停止脈沖的輸出，轉臺到達目標位置，轉動停止。

7、結論

基于中空旋轉平臺的回轉工作臺提高了整體設備的靈活性和適應性，具有較高的性價比，實現(xiàn)起來簡便可靠，可根據(jù)應用環(huán)境的實際情況做出靈活的調整、擴展，是一種經濟實用的加工設備。

參考文獻(References)

[1]張志勇(ZhangZhiyong).高精度旋轉平臺式繪圖機的研究[M].西北工業(yè)大學,1997

作者簡介：QQ聯(lián)系

郭慧芳（1982-）,女,內蒙古呼和浩特人,碩士研究生,天津津亞電子有限公司,天津經濟技術開發(fā)區(qū)南海路95號,電氣工程師,Email:lemon-2008@126.com,022-59826188,研究方向:控制理論與控制工程

儲振（1981-）,男，天津市人,本科,丹弗斯（天津）有限公司,天津市武清開發(fā)區(qū)泉匯路9號,實驗室工程師,Email:andy5202@163.com,022-82196637,研究方向:測量與控制