1 引言 制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要組成部分。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，客戶對加工工藝提出新的要求，之前的手工作業(yè)很難達到客戶的工藝標準。如何從手工作業(yè)逐步轉(zhuǎn)為自動化控制生產(chǎn)，是國內(nèi)制造業(yè)需要考慮的問題。運動控制技術(shù)的成熟，為制造業(yè)實現(xiàn)自動化提供了便利。表帶拋光機的投用，就是基于運動控制技術(shù)的成熟而提升鐘表拋光行業(yè)自動化層次的一種舉措。 2 工藝要求 表帶的幾何形狀共有三種：直線型、直線+圓弧、直線+直線，如圖1： 圖1 每次只拋光其中一種，排成三列，拋完第一列后轉(zhuǎn)入第二列，然后第三列。拋光輪壓在工件表面做往復(fù)運動，并需向厚度方向進給，在前進或后退過程中，曲線接合處不能有明顯停頓；往復(fù)次數(shù)、進給量由客戶決定，操作人員只需輸入?yún)?shù)L、R、θ、X、Y、往復(fù)次數(shù)、進給量即可；拋光過程中可中途停下，收到相關(guān)指令后繼續(xù)跑完未完成的次數(shù)；作業(yè)完畢自動回到原點，等待下一次拋光指令。 3 系統(tǒng)控制方案 由上述工藝要求可見，當中牽涉到定位與運動軌跡的問題。步進電機可將外部輸入脈沖轉(zhuǎn)換為角位移，且不存在累積誤差，可實現(xiàn)精確定位，兩臺步進電機可實現(xiàn)X-Y平面的插補，而且步進電機價格較低，因此，控制系統(tǒng)主要由下列器件構(gòu)成： 1）運動控制器 1臺 2）驅(qū)動器 2臺 3）步進電機 2臺 控制系統(tǒng)接線圖如圖2所示 圖2 控制器是整個控制系統(tǒng)的核心，負責協(xié)調(diào)外設(shè)運轉(zhuǎn)，監(jiān)控外部I/O，接收鍵盤輸入，并通過顯示液晶實現(xiàn)人機交互；運動軌跡插補算法亦由控制器底層程序完成。插補算法有逐點比較插補、DDA插補、時間分割法插補等，在此采用逐點插補，其原理如下： 1）直線插補： 圖3 如圖3，假設(shè)OA為待走直線，O為起點，A為終點，對于直線OA上任一點(X,Y)，存在如下關(guān)系:X/Y = Xe/Ye 直線上點Pi（Xi，Yi）偏差函數(shù)Fi =Yi Xe -XiYe可理解為 若Fi= 0，表示加工點位于直線上； 若Fi> 0，表示加工點位于直線上方； 若Fi< 0，表示加工點位于直線下方。 采用偏差函數(shù)的遞推式（迭代式）由前一點計算后一點 若規(guī)定Fi>=0，向 +X 方向走一步 Xi+1 = Xi +1 Fi+1 = XeYi –Ye(Xi +1)=Fi –Ye 若規(guī)定Fi<0，向+Y 方向走一步，則有 Yi+1 = Yi +1 Fi+1 = Xe(Yi +1)-YeXi =Fi +Xe 通過判斷插補或進給的總步數(shù)判別是否到達直線終點 2）圓弧插補 圖4 如圖4第一象限圓弧，點A在圓外，點B在圓上，點C在圓內(nèi)，則有如下關(guān)系： Ａ（Ｘ，Ｙ）點處有：Ｘ2＋Y2＞Ｒ2 　 Ｘ2＋Y2－R2＞0 Ｂ（Ｘ，Ｙ）點處有：Ｘ2＋Y2＝Ｒ2 Ｘ2＋Y2－R2＝0 Ｃ（Ｘ，Ｙ）點處有：Ｘ2＋Y2＜R2 Ｘ2＋Y2－R2＜0 原始的偏差計算公式為：Ｆ＝Ｘ2＋Y2－R2（Ｘ，Ｙ為當前插補點動態(tài)坐標）。 顯然，Ｆ＜0時，須朝＋Y向走一步；Ｆ≥0時，須－Ｘ向走一步。為方便匯編編程和提高計算速度，對偏差Ｆ的計算公式加以簡化： 插補點位于Ａ、Ｂ點時，走完下一步（－Ｘ）：動態(tài)坐標變?yōu)椋ǎ兀剑兀保伲剑伲?，新偏差變?yōu)椋疲剑ǎ兀保?＋Y2－R2＝Ｆ－２Ｘ＋１。 插補點位于Ｃ點時，走完下一步（＋Ｙ）：動態(tài)坐標變?yōu)椋ǎ兀剑?，Ｙ＝Ｙ＋１），新偏差變?yōu)椋疲剑?＋(Y+1)2－R2=Ｆ＋２Ｙ＋１。 因此， 走完－Ｘ后：偏差計算公式為Ｆ＝Ｆ－２Ｘ＋１，動態(tài)坐標修正為Ｘ＝Ｘ－１； 走完＋Ｙ后：偏差計算公式為Ｆ＝Ｆ＋２Ｙ＋１，動態(tài)坐標修正為Ｙ＝Ｙ＋１。 驅(qū)動器接收控制器發(fā)來的信號，經(jīng)驅(qū)動放大后驅(qū)動電機運行。此處采用細分驅(qū)動器，一方面可減低震動和噪音，另一方面也可相應(yīng)提高精度. 步進電機則把脈沖轉(zhuǎn)換為角位移，并通過滾珠螺桿轉(zhuǎn)化為直線運動，進而實現(xiàn)插補 4 運行效果 系統(tǒng)自投用以來，運行效果良好。此前表帶拋光均手工完成，工人勞動強度大，產(chǎn)品一致性難以保證，品質(zhì)因人而異，不好控制；轉(zhuǎn)為機器生產(chǎn)后，提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品品質(zhì)易于控制，減少人員流動對產(chǎn)品的影響，降低勞動強度，且易于操作。 5 結(jié)束語 步進電機成本低，精度高，隨著運動控制技術(shù)的成熟，被廣泛應(yīng)用于紡織、雕刻、拋光等行業(yè)以及舊機床改造。驅(qū)動器細分技術(shù)的應(yīng)用，大大縮短步進與侍服的差距，促進自動化行業(yè)的發(fā)展。