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1.背景
當(dāng)今，很多做設(shè)備的生產(chǎn)商自身都擁有一定的機(jī)加工能力，可隨時(shí)按照設(shè)計(jì)的要求加工各種型材，例如常見的切割和開孔等等。加工方式不外乎人工和車床。由人工進(jìn)行操作的，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且由于人為因素很難保證加工的精度和一致性；而自動(dòng)化程度較高的車床成本過高，很難在中小規(guī)模的設(shè)備生產(chǎn)商中普及，因此低成本、高性能、自主化的加工機(jī)床必然能夠滿足一定的市場(chǎng)需要。本文介紹的是和利時(shí)電機(jī)公司利用自有品牌‘森創(chuàng)’運(yùn)動(dòng)控制器SC-D228和伺服電機(jī)系統(tǒng)為客戶提供的一套經(jīng)濟(jì)有效的砂輪切割機(jī)床控制方案。
2.挑戰(zhàn)
控制系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)是影響整臺(tái)切割機(jī)床精度的關(guān)鍵，在為客戶提供成套的方案時(shí)不但要考慮成本和性能，而且需要滿足嚴(yán)格的工序、靈活的加工類型、方便快捷的操作、周密的安全防范等等。
3.方案
根據(jù)加工工藝的要求，傳動(dòng)部分的主軸電機(jī)（以下稱砂輪電機(jī)）采用伺服電機(jī)，只需要控制其轉(zhuǎn)速即可。而控制砂輪進(jìn)退的電機(jī)（以下稱進(jìn)給電機(jī)），由于其速度要求不高，但精度和剛性要求較高，因此采用伺服電機(jī)配減速器帶動(dòng)滾珠絲杠控制。控制部分采用“森創(chuàng)”運(yùn)動(dòng)控制器SC-D228。該運(yùn)動(dòng)控制器可以控制2個(gè)軸，最高脈沖輸出頻率在10KHz以上，自帶LCD顯示屏方便人機(jī)對(duì)話，RS485的通訊方式可直接與伺服系統(tǒng)連接，抗干擾、組網(wǎng)、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)勢(shì)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的運(yùn)動(dòng)控制器。與用面板操作進(jìn)行簡(jiǎn)單編程的控制器不同的是，“森創(chuàng)”運(yùn)動(dòng)控制器SC-D228采用與PLC相同的編程語言，可事先根據(jù)客戶具體的使用要求在PC機(jī)上進(jìn)行編程后下載到控制器內(nèi)，打破了一般運(yùn)動(dòng)控制器只能應(yīng)用于單一行業(yè)的傳統(tǒng)，自主性和通用性更強(qiáng)。
上位機(jī)采用SC-D228運(yùn)動(dòng)控制器，上電后控制進(jìn)給電機(jī)以手動(dòng)或自動(dòng)的方式回到原點(diǎn)，等待指令進(jìn)給到加工工位，滿足油壓、吸塵、防護(hù)罩等加工條件后，啟動(dòng)砂輪電機(jī)，開始加工，完成后退回工位等待下一條指令。伺服系統(tǒng)的工作狀態(tài)，工件夾緊的油缸，整個(gè)設(shè)備的防護(hù)罩等等一系列措施在整個(gè)加工過程中需要控制器實(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)停車，電機(jī)復(fù)位。
4.難點(diǎn)
在設(shè)計(jì)砂輪切割機(jī)的時(shí)候，考慮到需要任意修改砂輪電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此需要在運(yùn)動(dòng)控制器SC-D228的界面上予以顯示，并可隨時(shí)修改。原計(jì)劃用脈沖的形式控制砂輪電機(jī)的轉(zhuǎn)速，考慮到現(xiàn)場(chǎng)的一些需求，最后決定采用運(yùn)動(dòng)控制器自帶的RS485與主軸伺服直接通訊的方式進(jìn)行調(diào)速，這樣不僅控制更加靈活方便，而且擺脫了因修改電子尺輪比相應(yīng)降低速度控制精度的做法，各部件之間的物理連接也更加簡(jiǎn)單方便。此外，砂輪電機(jī)帶動(dòng)砂輪空轉(zhuǎn)和切割型材時(shí)的負(fù)載是不同的，在砂輪與型材剛剛接觸時(shí)，對(duì)于伺服電機(jī)而言此時(shí)負(fù)載突變，對(duì)電機(jī)的沖擊最大，得益于“森創(chuàng)”交流伺服電機(jī)良好的性能，這個(gè)問題得到完美解決。
進(jìn)給軸在從原點(diǎn)到工位，再到切割型材結(jié)束，雖然運(yùn)行速度不同，但整個(gè)過程中的位置控制都要求非常精確。上電找原點(diǎn)的過程，保證進(jìn)給軸的工位始終如一。進(jìn)給軸采用和利時(shí)電機(jī)PS系列精密行星齒輪減速器能夠保證伺服電機(jī)在低速、變負(fù)載的情形下保持穩(wěn)定的速度和位置精度。
5.效益
事實(shí)證明，無論是“森創(chuàng)”運(yùn)動(dòng)控制器SC-D228還是其交流伺服和減速器，性能和精度都能夠滿足精確性要求較高的砂輪切割機(jī)床，同時(shí)此方案具有非常大的推廣價(jià)值，可以廣泛應(yīng)用到其它的設(shè)備和行業(yè)上，比如二維的鉆床和磨床，以及噴涂機(jī)、拉袋機(jī)等等。延伸開來，該控制器還可以再控制一個(gè)軸的位置控制，這樣將實(shí)現(xiàn)最多三個(gè)軸的控制，兩個(gè)軸位置和一個(gè)軸速度的控制，應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⒏訌V泛。
SC-D228做為一款低成本的簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)，高度的自主性、靈活性、穩(wěn)定性，以及良好的技術(shù)支持使其自身具有很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，得到更廣泛的應(yīng)用。
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