基于多类型伺服的三轴数控机床进给伺服实验平台研制

1 实验平台简介

　　如图1所示，该实验平台是一个三轴伺服进给系统，系统结构如图2所示。该平台包括1台上位机(PC机)，1台下位机(PLC)，三台伺服电机及相应的伺服驱动器组成。其中x轴由永磁同步电机驱动，移动范围为440 mm，进给速度可达300 mm／s；y轴由直流电机驱动，移动范围为260 mm，进给速度可达75mm／s；Z轴由步进电机驱动，移动范围为140 mm，进给速度可达2.0 mm／s。PLC实现实时性要求高的位置计算及控制，利用RS232口实现计算机与PLC的通信，实现三轴的插补控制，并且利用数据采集卡采集进给伺服系统相关参数。利用LabVlEW软件在上位机制作监控界面。

图1 数控机床实验台实物图

图2 系统结构示意图

2 下位机软硬件设计

　　运动和定位的准确性是数控设备最重要的性能指标。因此位置伺服系统的性能非常重要。为此，本文利用PLC实现高性能的位置伺服控制。如图3所示，PLC读取计算机发送的控制命令，自动模式下，PLC凑取三轴位置给定值，根据光电码盘信号计算出当前位移，再计算出控制值，作为伺服单元的给定值，从而控制各轴到达给定位置，然后发送到达信号给上位机。手动模式下，PLC读取三轴速度给定或位移量给定，控制三轴电机实现进给。

图3下位机程序流程图

　　2.1 步进伺服系统

　　步进电机是数字控制电机，它将电脉冲信号转变成角位移，实质上是一种数字／角度转换器。脉冲的数量决定了步进电机的转数，脉冲的频率决定了步进电机的转速。其控制框图如图4所示。由PLC发出脉冲给驱动器，控制驱动器驱动步进电机，从而实现进给。本文采用的两相步进电机额定电压为24V，相电流为0.3 A，齿数为200个。

图4步进伺服系统结构框图