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加工能力，可隨時按照設(shè)計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。由人工進行操作的，不僅費時費力，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、自主化的加工機床必然能夠滿足一定的市場需要。本文介紹的是和利時電機公司利用自有品牌‘森創(chuàng)’運動控制器SC-D228和伺服電機系統(tǒng)為客戶提供的一套經(jīng)濟有效的砂輪切割機床控制方案。
2.挑戰(zhàn)
控制系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)是影響整臺切割機床精度的關(guān)鍵，在為客戶提供成套的方案時不但要考慮成本和性能，而且需要滿足嚴格的工序、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，傳動部分的主軸電機（以下稱砂輪電機）采用伺服電機，只需要控制其轉(zhuǎn)速即可。而控制砂輪進退的電機（以下稱進給電機），由于其速度要求不高，但精度和剛性要求較高，因此采用伺服電機配減速器帶動滾珠絲杠控制。控制部分采用“森創(chuàng)”運動控制器SC-D228。該運動控制器可以控制2個軸，最高脈沖輸出頻率在10KHz以上，自帶LCD顯示屏方便人機對話，RS485的通訊方式可直接與伺服系統(tǒng)連接，抗干擾、組網(wǎng)、遠距離傳輸?shù)葍?yōu)勢要遠遠高于一般的運動控制器。與用面板操作進行簡單編程的控制器不同的是，“森創(chuàng)”運動控制器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機上進行編程后下載到控制器內(nèi)，打破了一般運動控制器只能應(yīng)用于單一行業(yè)的傳統(tǒng)，自主性和通用性更強。
上位機采用SC-D228運動控制器，上電后控制進給電機以手動或自動的方式回到原點，等待指令進給到加工工位，滿足油壓、吸塵、防護罩等加工條件后，啟動砂輪電機，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，整個設(shè)備的防護罩等等一系列措施在整個加工過程中需要控制器實時監(jiān)控，出現(xiàn)問題時及時停車，電機復(fù)位。
4.難點
在設(shè)計砂輪切割機的時候，考慮到需要任意修改砂輪電機的轉(zhuǎn)速，因此需要在運動控制器SC-D228的界面上予以顯示，并可隨時修改。原計劃用脈沖的形式控制砂輪電機的轉(zhuǎn)速，考慮到現(xiàn)場的一些需求，最后決定采用運動控制器自帶的RS485與主軸伺服直接通訊的方式進行調(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單方便。此外，砂輪電機帶動砂輪空轉(zhuǎn)和切割型材時的負載是不同的，在砂輪與型材剛剛接觸時，對于伺服電機而言此時負載突變，對電機的沖擊最大，得益于“森創(chuàng)”交流伺服電機良好的性能，這個問題得到完美解決。
進給軸在從原點到工位，再到切割型材結(jié)束，雖然運行速度不同，但整個過程中的位置控制都要求非常精確。上電找原點的過程，保證進給軸的工位始終如一。進給軸采用和利時電機PS系列精密行星齒輪減速器能夠保證伺服電機在低速、變負載的情形下保持穩(wěn)定的速度和位置精度。
5.效益
事實證明，無論是“森創(chuàng)”運動控制器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床，同時此方案具有非常大的推廣價值，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、拉袋機等等。延伸開來，該控制器還可以再控制一個軸的位置控制，這樣將實現(xiàn)最多三個軸的控制，兩個軸位置和一個軸速度的控制，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爭優(yōu)勢，得到更廣泛的應(yīng)用。
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