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英威騰伺服系統DA200全閉環功能在磨床的應用
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1.磨床設備及工藝簡介

1.1 磨床是利用磨具對工作表面進行磨削加工的機床。大多數的磨床是使用高速旋轉的砂輪進行磨削加工,少數的是使用油石,砂帶等其他磨具和游離磨料進行加工,如珩磨機、超精加工機床、砂帶磨床、研磨機和拋光機等。



設備結構示意圖

1.2 工藝簡介

通常磨具旋轉為主運動,工作的旋轉與移動或磨具的移動為進給運動。磨床因其加工效率高、應用范圍廣、適應性強、使用成本低、操作安全方便等特點而深受用戶親睞。磨削是一種彈性磨削,是一種具有磨削、研磨、拋光多種作用的復合加工工藝。



2.磨床設備市場簡介

目前部分國內企業已能生產較低端的數控刀具磨床,高端數控刀具磨床仍以進口為主。隨著國內企業技術的積累,已經大大縮小與國際領先企業之間的差距,國產數控刀具磨床在性價比上的優勢開始顯現,內需方面進口替代開始加速,出口方面數控刀具磨床比例正在逐步增加,出口開始提速。數控磨床正處在行業景氣度上升期。

本行業目前選用的伺服品牌大致有:日本安川∑Ⅱ、∑5系列、三菱J2S、J3、J4系列、臺達A2系列交流伺服、英威騰DA200系列交流伺服。數控磨床對交流伺服的要求非??量?,100次連續加工重復定位精度誤差≤2μm,磨削后的尺寸誤差≤1μm,國內磨削加工工況比較惡劣,例如電壓不穩、高溫高濕、高污染等。由于進口產品價格很高,售后服務很難滿足客戶的要求,給客戶的生產成本、機床信譽、服務質量增加了很多的麻煩和負擔。因此客戶一直在尋找性價比更高的、服務更及時周到的國產伺服品牌。而英威騰DA200憑借高精度、高響應、全閉環、高性價比的超強性能及定制化服務贏得了客戶的認可。

3.應用方案介紹

3.1 全閉環伺服系統與半閉環伺服系統的區別

半閉環是指數控系統發出指令,伺服接受指令,然后執行,在執行的過程中,伺服本身的編碼器進行位置反饋給伺服,伺服自己進行偏差修正,伺服本身誤差可避免,但是機械誤差無法避免,因為數控系統不知道;

全閉環是指伺服接受指令,然后執行,執行的過程中,在機械裝置上有位置反饋的裝置,直接反饋給數控系統,數控系統通過比較,判斷出與實際偏差,給伺服指令,進行偏差修正。

3.2 全閉環的重要部件——光柵尺

光柵尺,也稱為光柵尺位移傳感器(光柵尺傳感器),是利用光柵的光學原理工作的測量反饋裝置。光柵尺經常應用于數控機床的閉環伺服系統中,可用作直線位移或者角位移的檢測。其測量輸出的信號為數字脈沖,具有檢測范圍大,檢測精度高,響應速度快的特點。


3.3 半閉環磨床的控制方案

絲桿有導程間隙,來回加工運行不確定的誤差一直在。 
機械傳動運行時間越長,磨損越厲害,加工不確定誤差也會在增大。

3.4 INVT磨床控制方案

3.4.1 系統配置圖

3.4.2 電氣選型配置


名稱 品牌 功率(KW) 精度 數量(臺)
交流伺服 英威騰DA200 1
1
伺服電機 英威騰 1 17位絕對值 1
光柵尺 發格
分辨率為0.001mm 1
上位機 HUST

1


3.4.3 方案優勢

(1)支持外接負載端安裝的光柵尺,實現全閉環控制,降低機械傳動背隙影響,更加確保機器終端定位精度;

(2)直接測量外部負載行程,有效地克服了由于機械磨損造成的傳動誤差加大的困擾。

4.伺服調試及參數設置

4.1 伺服接線圖 

4.2 控制線信號接線

控制模塊為NPN型(共陰極)

若不需要方向信號,只需接38腳OCP接24V+和24腳PULSE-接PLC脈沖輸出。

4.3 伺服參數設置表

4.4 USB通信的在線示波器通道波形

4.5 伺服調試主要步驟:

4.5.1 模式設置為全閉環,P0.03=6. 
4.5.2 設置正確的電子齒輪比;P0.22設置為0. 電機為17位絕對值,外部光柵尺分頻分子P4.60設置為 131072.電機轉一圈同時絲桿行進一圈行程為5mm,光柵尺的分辨率為1um,外部光柵尺分頻分母P4.61設置為5000. 
4.5.3 學習好慣量,打開在線慣量整定有效,P1.00=1.使P1.01與觀測值基本相符,否則,繼續學。
4.5.4 將增益調高,此機剛性P1.03調到17.
4.5.5 開關量配置:DI1為反向驅動禁止,DI2為正向驅動禁止。p3.40=1.DI6為使能,DO3為故障輸出。

4.6 伺服常見問題及處理

全閉環各種場合應用如果不恰當容易飛車,首先P4.62設置光柵尺方向須與伺服電機一致,若不一樣,需要方向取反,否則會飛車。此外,還可將p4.33位置超差脈沖范圍設小到合適值,默認值為100000.同時最大速度限制P4.31也可以設置限到合適的值。這樣可以防止誤操作引發的飛車,比如使能斷了,上位還一直在發脈沖,超過p4.33伺服就報警了。從而防止一加上使能就會飛車的現象。

5.方案總結

a) 重復定位精度為2um以內,達到了客戶的要求。
b) 與半閉環控制相比,半閉環新機機械無磨損,雖然可以通過補償來克服絲桿導程間隙,但是時間長了,磨損度不確定,加工誤差加大,而全閉環系統很好的解決了這個硬傷問題,為客戶創造最大的價值。
c) 全閉環功能使得DA200在運動精度、輸出柔性、速度和加速度控制優勢十分明顯,一舉打破了進口伺服的堅冰,成為行業翹楚。

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