一種自動送料機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與伺服驅(qū)動控制

修學(xué)強

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程學(xué)院 陜西 西安 710300)

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一種自動送料機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與伺服驅(qū)動控制

修學(xué)強

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程學(xué)院 陜西 西安 710300)

摘要：所設(shè)計的一種自動送料機采用了液壓傳動和滾珠絲杠傳動等多種傳動結(jié)構(gòu)，整機采用松下MHMD022G1U永磁同步交流伺服電機及MADHT1507E全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動裝置作為運動控制裝置，利用西門子226PLC作為程序控制設(shè)備，可以實現(xiàn)設(shè)備的良好運行控制。

關(guān)鍵詞：伺服控制；自動送料機；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1自動送料機機械主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1—液壓缸；2—活塞；3—螺母；4—聯(lián)軸器；5—伺服電機；6—導(dǎo)軌；7—螺母座；8—螺桿圖1　自動送料機主視圖與俯視圖

根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)計了一種自動送料機，如圖1與圖2所示。首先來料工件通過推送裝置送到設(shè)備上，當(dāng)工件被準(zhǔn)確安放在設(shè)備上時，安裝在液壓缸兩側(cè)的行程開關(guān)被同時按下，兩個液壓缸活塞同時向下推出夾緊工件，間隔6s后伺服電機開始旋轉(zhuǎn)，工作臺做直線運動，當(dāng)設(shè)備運行到終點位置并觸碰到行程開關(guān)后，設(shè)備停止運行，間隔5s后液壓缸活塞自動縮回，此時工件被送到加工設(shè)備中。整個運行過程由伺服電機實現(xiàn)閉環(huán)控制，并在電機的一側(cè)安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2　自動送料機側(cè)視圖

圖3　伺服電機結(jié)構(gòu)圖

2伺服控制過程

1) 控制分析

交流伺服系統(tǒng)采用松下MHMD022G1U永磁同步交流伺服電機，及MADHT1507E伺服驅(qū)動器作為設(shè)備控制裝置，并自帶增量式旋轉(zhuǎn)編碼器。其自帶的編碼器反饋信號給MADHT1507E，MADHT1507E根據(jù)數(shù)據(jù)值進行比較，調(diào)整角度,可實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制。接線控制過程如圖4。

圖4　MADHT1507E伺服驅(qū)動裝置接線圖

采用西門子S7-200 226 AC/DC/RLY PLC做為信號發(fā)生裝置。將226機型中的輸出點Q0.0在內(nèi)部被定義為脈沖輸出端，合理的設(shè)置脈沖的數(shù)量決定MHMD022G1U電機的角位移，即設(shè)備傳送臺的直線行程，為保證電機的合理運轉(zhuǎn)速度，需要設(shè)定合理的脈沖頻率，頻率越高則電機的速度就越快，S7-226的Q0.1為伺服驅(qū)動器MADHT1507E的方向控制指令。

2) 伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置

伺服驅(qū)動器MADHT1507E的參數(shù)設(shè)置如下：

P5—281

P0—010

P5—042

P0—04250

P0—021

P0—0313

P0—061

P0—073

P0—086000

3) 位置控制

設(shè)備縱向行程為430mm,下面實現(xiàn)伺服電機運行所需的運動包絡(luò)。首先選擇“PTO/PWM”選項。將QO.0作脈沖輸出，繼續(xù)選擇“線性脈沖輸出(PTO)”，使用高速計數(shù)器HSC0對生成的脈沖自動計數(shù)。接下來設(shè)定電機速度參數(shù)，輸入MAX_SPEED為90000，把電機啟/停速度設(shè)定為600， ACCEL_TIME和DECEL_TIME分別為1000和200，完成運動包絡(luò)的界面。設(shè)定操作模式為相對位置、1個步的目標(biāo)速度、結(jié)束位置等步的指標(biāo)，形成包絡(luò)后設(shè)定數(shù)據(jù)目標(biāo)速度60000，結(jié)束位置85600。這樣，從液壓缸夾緊工件到最終位置松開工件的的包絡(luò)就設(shè)置完成了。

在運動包絡(luò)程序編制完成后，西門子S7-226的左側(cè)編程向?qū)詣由?個子程序，分別是控制PTOx_CTRL、PTOx_RUN、PTOx_LDPOS 和PTOx_MAN運行。如圖5所示。

圖5　4個子程序的運行圖

4) 設(shè)備回原點(即原始位置)程序調(diào)用

上述四個運行圖可以看出，為了調(diào)用這些子程序，編程時應(yīng)預(yù)置一個數(shù)據(jù)存儲區(qū)，存儲子程序執(zhí)行時間參數(shù)，存儲區(qū)所存儲的信息，可根據(jù)程序的需要調(diào)用。由于程序過大，摘取回原點程序作為參考，即設(shè)備完成一次送料后，立即返回初始位置，當(dāng)傳感器檢測到螺母座返回到初始位置后，完成下一次自動送料的過程，具體運行過程原理見圖6。

圖6　回原點原理圖

3結(jié)語

在設(shè)計過程中以小型設(shè)備作為藍本，先期保證實驗效果，所以設(shè)備驅(qū)動裝置采用的是松下A5系列伺服驅(qū)動裝置，并沒有進行信號的方法處理等，但是作為一種設(shè)計思路對生產(chǎn)的效果仍然不可低估。

參考文獻:

[1] 姜鑫，等. 一種非走心式單軸車床數(shù)控自動送料機的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J]. 機械與電子，2011，(05): 24.

[2] 劉燕，劉志. 大型板料加工自動送料控制系統(tǒng)的設(shè)計與改進[J]. 組合機床與自動化加工技術(shù)，2011,11.

[3] 陳明亮. DS—55型棒料剪切自動送料機[J]. 軸承 1989, (06): 30.

Design of Mechanical Structure of Automatic Feeding

Machine and its Servo Drive Control

XIU Xue-qiang

(Shanxi Institute of Technology, Xi’an 710300,China)

Abstract:An automatic feeding machine is designed in this paper. The hydraulic transmission, the ball screw drive and other mechanical transmission are adopted in the mechanical structure, Panasonic MHMD022G1U permanent magnet synchronous AC servo motor and MADHT1507E full digital PMSM servo drive are used as a motion control device and the Siemens 226PLC is applied to the program control equipment to well control its operation.

Key words:servo control; automatic feeding machine; structure design

收稿日期：2015-01-20

中圖分類號：TH122; TM921.54

文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：1671-5276(2015)03-0155-03

作者簡介：修學(xué)強(1972-)，男，河南方城縣人，副教授，主要從事機電、模具方面的設(shè)計、教學(xué)與研究工作。