【摘要】:本文主要介紹英威騰DA200高性能交流伺服系統(tǒng)全閉環(huán)控制功能在高精度外圓磨床上的應(yīng)用。

【關(guān)鍵字】:英威騰DA200伺服、磨床、全閉環(huán)、高精度

1、 磨床設(shè)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(shù)的磨床是使用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進行磨削加工，少數(shù)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(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

1. 2  工藝簡介

通常磨具旋轉(zhuǎn)為主運動，工作的旋轉(zhuǎn)與移動或磨具的移動為進給運動。磨床因其加工效率高、應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)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(fù)合加工工藝。

2、磨床設(shè)備市場簡介

目前部分國內(nèi)企業(yè)已能生產(chǎn)較低端的數(shù)控刀具磨床，高端數(shù)控刀具磨床仍以進口為主。隨著國內(nèi)企業(yè)技術(shù)的積累，已經(jīng)大大縮小與國際領(lǐng)先企業(yè)之間的差距，國產(chǎn)數(shù)控刀具磨床在性價比上的優(yōu)勢開始顯現(xiàn)，內(nèi)需方面進口替代開始加速，出口方面數(shù)控刀具磨床比例正在逐步增加，出口開始提速。數(shù)控磨床正處在行業(yè)景氣度上升期。

本行業(yè)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(shù)控磨床對交流伺服的要求非常苛刻，100次連續(xù)加工重復(fù)定位精度誤差≤2μm,磨削后的尺寸誤差≤1μm，國內(nèi)磨削加工工況比較惡劣，例如電壓不穩(wěn)、高溫高濕、高污染等。由于進口產(chǎn)品價格很高，售后服務(wù)很難滿足客戶的要求，給客戶的生產(chǎn)成本、機床信譽、服務(wù)質(zhì)量增加了很多的麻煩和負擔(dān)。因此客戶一直在尋找性價比更高的、服務(wù)更及時周到的國產(chǎn)伺服品牌。而英威騰DA200憑借高精度、高響應(yīng)、全閉環(huán)、高性價比的超強性能及定制化服務(wù)贏得了客戶的認(rèn)可。

3、應(yīng)用方案介紹

3．1  全閉環(huán)伺服系統(tǒng)與半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的區(qū)別

半閉環(huán)是指數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，伺服接受指令，然后執(zhí)行，在執(zhí)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(shù)控系統(tǒng)不知道。

全閉環(huán)是指伺服接受指令，然后執(zhí)行，執(zhí)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(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)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(huán)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(xué)原理工作的測量反饋裝置。光柵尺經(jīng)常應(yīng)用于數(shù)控機床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)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(shù)字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，響應(yīng)速度快的特點。

3. 3  半閉環(huán)磨床的控制方案

絲桿有導(dǎo)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(tǒng)配置圖

3．4．2電氣選型配置

3．4．3方案優(yōu)勢

3．4．3．1.支持外接負載端安裝的光柵尺，實現(xiàn)全閉環(huán)控制，降低機械傳動背隙影響，更加確保機器終端定位精度。

3．4．3．2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(diào)試及參數(shù)設(shè)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(shù)設(shè)置表

4．4 USB通信的在線示波器通道波形

4．5  伺服調(diào)試主要步驟：

4．5．1.  模式設(shè)置為全閉環(huán)，P0.03=6. 

4．5．2.  設(shè)置正確的電子齒輪比；P0.22設(shè)置為0. 電機為17位絕對值，外部光柵尺分頻分子P4.60設(shè)置為 131072.電機轉(zhuǎn)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(shè)置為5000. 

4．5．3.  學(xué)習(xí)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(xù)學(xué)。

4．5．4.  將增益調(diào)高，此機剛性P1.03調(diào)到17.

4．5．5   開關(guān)量配置：DI1為反向驅(qū)動禁止，DI2為正向驅(qū)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(huán)各種場合應(yīng)用如果不恰當(dāng)容易飛車，首先P4.62設(shè)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(shè)小到合適值，默認(rèn)值為100000.同時最大速度限制P4.31也可以設(shè)置限到合適的值。這樣可以防止誤操作引發(fā)的飛車，比如使能斷了，上位還一直在發(fā)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(xiàn)象。

5、方案總結(jié)：

a)  重復(fù)定位精度為2um以內(nèi)，達到了客戶的要求。

b)  與半閉環(huán)控制相比，半閉環(huán)新機機械無磨損，雖然可以通過補償來克服絲桿導(dǎo)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(huán)系統(tǒng)很好的解決了這個硬傷問題，為客戶創(chuàng)造最大的價值。

c)  全閉環(huán)功能使得DA200在運動精度、輸出柔性、速度和加速度控制優(yōu)勢十分明顯，一舉打破了進口伺服的堅冰,成為行業(yè)翹楚。

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關(guān)于英威騰：

英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領(lǐng)先、受人尊敬的工業(yè)自動化和能源電力領(lǐng)域的產(chǎn)品與服務(wù)提供者，2010年在深交所A股上市，股票代碼：002334。英威騰是國家火炬計劃重點高新技術(shù)企業(yè)，目前擁有16家控股子公司，分駐于全國的12大研發(fā)中心，申請各類專利800多件，依托于電力電子、電氣傳動、自動控制、信息技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，主要產(chǎn)品涵括高中低壓變頻器、電梯智能控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、PLC、HMI、SVG、UPS、電機和電主軸、光伏逆變器、軌道交通牽引系統(tǒng)、新能源汽車電控系統(tǒng)等。英威騰現(xiàn)有員工2500多人，大型生產(chǎn)基地3個，營銷網(wǎng)絡(luò)遍布國內(nèi)及海外60多個國家和地區(qū)。