1.引言 
         本文主要介紹了上海英威騰H600高精度伺服系統(tǒng)作為進(jìn)給驅(qū)動(dòng)在立式加工中心上的應(yīng)用。

2.立式加工中心 
        立式加工中心是指主軸為垂直狀態(tài)的加工中心，其結(jié)構(gòu)形式多為固定立柱，工作臺(tái)為長(zhǎng)方形，無(wú)分度回轉(zhuǎn)功能，適合加工盤、套、板類零件，它一般具有三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸，并可在工作臺(tái)上安裝一個(gè)沿水平軸旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)臺(tái)，用以加工螺旋線類零件。
        立式加工中心裝卡方便，便于操作，易于觀察加工情況，調(diào)試程序容易，應(yīng)用廣泛。
3.加工中心技術(shù)要求

4.伺服與上位機(jī)的接線示意圖

上位機(jī)跟伺服驅(qū)動(dòng)器之間只靠一根工業(yè)網(wǎng)線通過(guò)ETHERCAT通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與反饋，接線簡(jiǎn)單，同步性高，速率快。
4.1H600伺服所應(yīng)用的EtherCAT通訊 
        EtherCAT是開放的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，最初由德國(guó)倍福自動(dòng)化有限公司(Beckhoff Automation GmbH) 研發(fā)。EtherCAT為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能和拓?fù)涞撵`活性樹立了新的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，它還符合甚至降低了現(xiàn)場(chǎng)總線的使用成本。EtherCAT的特點(diǎn)還包括高精度設(shè)備同步，可選線纜冗余，和功能性安全協(xié)議(SIL3)。
運(yùn)行原理：
        通過(guò)采用EtherCAT技術(shù)， Beckhoff突破了其它以太網(wǎng)解決方案的這些系統(tǒng)限制：不必再像從前那樣在每個(gè)連接點(diǎn)接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，然后進(jìn)行解碼并復(fù)制為過(guò)程數(shù)據(jù)。當(dāng)幀通過(guò)每一個(gè)設(shè)備（包括底層端子設(shè)備）時(shí)，EtherCAT從站控制器讀取對(duì)于該設(shè)備十分重要的數(shù)據(jù)。同樣，輸入數(shù)據(jù)可以在報(bào)文通過(guò)時(shí)插入至報(bào)文中。在幀被傳遞 （僅被延遲幾位）過(guò)去的時(shí)候，從站會(huì)識(shí)別出相關(guān)命令，并進(jìn)行處理。此過(guò)程是在從站控制器中通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)的，因此與協(xié)議堆棧軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)或處理器性能無(wú)關(guān)。網(wǎng)段中的最后一個(gè)EtherCAT從站將經(jīng)過(guò)充分處理的報(bào)文返回，這樣該報(bào)文就作為一個(gè)響應(yīng)報(bào)文由第一個(gè)從站返回到主站。
        端子實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)： 系統(tǒng)的每個(gè)設(shè)備都保證使用完整的以太網(wǎng)協(xié)議，甚至每個(gè)I/O端子亦如此，無(wú)需使用子總線。只需將耦合器的傳輸介質(zhì)由雙絞線（100baseTX）轉(zhuǎn)換為E總線即可滿足電子端子排的要求。端子排內(nèi)的E總線信號(hào)類型（LVDS）并不是專用的，它還可用于10千兆位以太網(wǎng)。在端子排末端，物理總線特性被轉(zhuǎn)換回 100baseTX 標(biāo)準(zhǔn)。
        標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)MAC或便宜的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)卡（NIC）足以作為控制器中的硬件使用。DMA（直接存儲(chǔ)器存取）用于將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C。這意味著網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)對(duì)CPU性能沒(méi)有影響。在Beckhoff多端口卡中運(yùn)用了相同的原理，它在一個(gè)PCI插槽中捆綁最多4個(gè)以太網(wǎng)通道。
        協(xié)議： EtherCAT協(xié)議針對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行了優(yōu)化，它被直接傳送到以太網(wǎng)幀，或被壓縮到UDP/IP數(shù)據(jù)報(bào)文中。UDP協(xié)議在其它子網(wǎng)中的 EtherCAT網(wǎng)段由路由器進(jìn)行尋址的情況下使用。以太網(wǎng)幀可能包含若干個(gè)EtherCAT 報(bào)文，每個(gè)報(bào)文專門用于特定存儲(chǔ)區(qū)域，該存儲(chǔ)區(qū)域可編制大小達(dá)4GB的邏輯過(guò)程鏡像。由于數(shù)據(jù)鏈獨(dú)立于EtherCAT端子物理順序，因此可以對(duì)EtherCAT端子進(jìn)行任意編址。從站之間可進(jìn)行廣播、多點(diǎn)傳送和通訊。 
        除了符合主站/從站原理的數(shù)據(jù)交換外，EtherCAT還非常適用于控制器之間（主站/主站）的通訊。可自由編址的過(guò)程數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)變量以及各種參數(shù)化、診斷、編程和遠(yuǎn)程控制服務(wù)，可以滿足眾多要求。用于主站/從站和主站/主站通訊的數(shù)據(jù)接口是相同的。
        性能： EtherCAT在網(wǎng)絡(luò)性能上達(dá)到了一個(gè)新的高度。1000個(gè)分布式I/O數(shù)據(jù)的刷新周期僅為30μs，其中包括端子循環(huán)時(shí)間。通過(guò)一個(gè)以太網(wǎng)幀，可以交換高達(dá)1486字節(jié)的過(guò)程數(shù)據(jù)，幾乎相當(dāng)于12000個(gè)數(shù)字量I/O。而這一數(shù)據(jù)量的傳輸僅用300μs。
        與100個(gè)伺服軸的通訊只需100μs。在此期間，可以向所有軸提供設(shè)置值和控制數(shù)據(jù)，并報(bào)告它們的實(shí)際位置和狀態(tài)。分布式時(shí)鐘技術(shù)保證了這些軸之間的同步時(shí)間偏差小于1微秒。
        利用 EtherCAT 技術(shù)的優(yōu)異性能，可以實(shí)現(xiàn)用傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的控制方法。這樣，通過(guò)總線也可以形成超高速控制回路。以前需要本地專用硬件支持的功能現(xiàn)在可在軟件中加以映射。巨大的帶寬資源使?fàn)顟B(tài)數(shù)據(jù)與任何數(shù)據(jù)可并行傳輸。EtherCAT技術(shù)使得通訊技術(shù)與現(xiàn)代高性能的工業(yè)PC相匹配。總線系統(tǒng)不再是控制理念的瓶頸。分布式I/O的數(shù)據(jù)傳遞超過(guò)了只能由本地I/O接口才能實(shí)現(xiàn)的性能。
4.2 現(xiàn)場(chǎng)電控柜結(jié)構(gòu)圖片

 試機(jī)過(guò)程中為考驗(yàn)伺服驅(qū)動(dòng)器散熱不良的環(huán)境下工作，故意將其安裝緊靠在一起，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，在散熱不良的環(huán)境下運(yùn)行，H600，試機(jī)結(jié)果沒(méi)有任何問(wèn)題。

4.3加工工件圖片

 加工工件表面光潔度很好，并且沒(méi)有象限凸起（在圓弧插補(bǔ)過(guò)程中，由于XY軸過(guò)象限交點(diǎn)而引起的表面象限楞凸起）的痕跡。整個(gè)圓弧插補(bǔ)的過(guò)程，XY軸伺服進(jìn)給高響應(yīng)性的結(jié)果。

        結(jié)語(yǔ)：H600伺服在立式加工中心上的應(yīng)用，與上位機(jī)通過(guò)通過(guò)采用EtherCAT技術(shù)， Beckhoff突破了其它以太網(wǎng)解決方案的這些系統(tǒng)限制，在網(wǎng)絡(luò)性能上達(dá)到了一個(gè)新的高度。也正因?yàn)榇耍ぜ诩庸み^(guò)程中由于各軸的高度同步性，加工效果，非常的令人驚嘆，這將是機(jī)床加工領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)進(jìn)給方向的一個(gè)新的突破。