1. 引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，市場對高速高精度雕銑機(jī)的需求日益增多。顧名思義，雕銑機(jī)既可做精細(xì)雕刻，又能做切割、鏤銑。在一定程度上既可以替代雕刻機(jī)，也可以替代一些小型的加工中心，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，在模具行業(yè)、電子信息行業(yè)、汽車行業(yè)乃至傳統(tǒng)的五金、家具等行業(yè)都有著巨大的應(yīng)用需求，市場前景廣闊。而數(shù)控高速雕銑機(jī)是伺服產(chǎn)品的重點(diǎn)應(yīng)用行業(yè)，也最能考驗(yàn)伺服產(chǎn)品性能的好壞。一臺雕銑機(jī)一般需要3-5臺伺服電機(jī)做高速進(jìn)給，可見對伺服產(chǎn)品的需求量甚大。根據(jù)工作臺、加工件大小以及重量不同，所選伺服電機(jī)的范圍一般在200W至1KW之間。

此次選用英威騰伺服的客戶是深圳某知名研發(fā)制造雕銑機(jī)的企業(yè)，該企業(yè)對伺服產(chǎn)品的選用是十分嚴(yán)格的，其產(chǎn)品在行業(yè)內(nèi)一直以性能好、穩(wěn)定而著稱。此前該企業(yè)一直選用某日系著名品牌的伺服產(chǎn)品，應(yīng)用良好，比較美中不足的是價(jià)格過高。當(dāng)前雕銑機(jī)市場競爭也十分激烈，成本壓力很大，所以該企業(yè)一直想選用性價(jià)比更高的產(chǎn)品。經(jīng)過試用，客戶發(fā)現(xiàn)使用英威騰伺服產(chǎn)品的設(shè)備和使用日系產(chǎn)品的設(shè)備加工出來的零件的尺寸、光潔度完全一樣，這也充分說明英威騰伺服完全達(dá)到了雕銑機(jī)設(shè)備所要求的性能。在雕銑機(jī)上的成功應(yīng)用突破，也標(biāo)志著英威騰伺服在性能上再上一個(gè)臺階，達(dá)到了一流水平。

2. 雕銑機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)

一般雕銑機(jī)的結(jié)構(gòu)包括以下部分：數(shù)控系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和運(yùn)動進(jìn)給系統(tǒng)。該企業(yè)的雕銑機(jī)數(shù)控是由專用運(yùn)動控制卡組成，客戶獨(dú)立開發(fā)的控制程序。主軸系統(tǒng)采用國外進(jìn)口一體式的電主軸，利用英威騰CHV系列變頻器進(jìn)行驅(qū)動。運(yùn)動進(jìn)給系統(tǒng)由3臺伺服電機(jī)組成。其中一臺用于X軸進(jìn)給，一臺用于Y軸進(jìn)給，一臺用于Z軸進(jìn)給。其中X、Y軸運(yùn)動進(jìn)給系統(tǒng)由滾珠絲桿，彈性聯(lián)軸器，線性導(dǎo)軌，伺服電機(jī)等組成，伺服電機(jī)選用的為英威騰750W伺服產(chǎn)品。Z軸運(yùn)動進(jìn)給系統(tǒng)也由滾珠絲桿，彈性聯(lián)軸器，線性導(dǎo)軌，伺服電機(jī)等組成，伺服電機(jī)選用的為英威騰400W伺服產(chǎn)品，帶抱閘系列。
該企業(yè)的雕銑機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)采用超寬的立柱和橫梁，它有極好的對稱性和極佳的剛性，移動部分則加寬了導(dǎo)軌與導(dǎo)軌之間的距離，以克服不良力矩的問題。這是高速切削設(shè)備的首選結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)基本上可以保證雕銑機(jī)的非移動部分的剛性盡可能的好，而移動部分在保持靈活的同時(shí)，也會保持較好的剛性。而且這還有利于在不影響機(jī)械系統(tǒng)剛度的同時(shí)，盡量減小機(jī)械轉(zhuǎn)動慣量。較小的機(jī)械轉(zhuǎn)動慣量比可以保證伺服系統(tǒng)有很高的響應(yīng)頻率。而雕銑機(jī)對伺服性能的要求就是要有很高的響應(yīng)頻率，很高的系統(tǒng)剛性，良好的低速特性。其結(jié)構(gòu)示意圖如下：

3. 英威騰伺服調(diào)試

英威騰伺服已經(jīng)在彈簧機(jī)、高速繞線機(jī)、高速剝線機(jī)、雕銑機(jī)、、卷繞機(jī)、切割機(jī)、機(jī)器人、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械等行業(yè)得到成功的應(yīng)用，具有接線簡單、調(diào)試方便的特點(diǎn)。

伺服驅(qū)動器一般有電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)三個(gè)環(huán)路組成，其結(jié)構(gòu)圖如下：

圖2 伺服驅(qū)動器結(jié)構(gòu)圖

英威騰伺服調(diào)試的一般原則是：當(dāng)電機(jī)固定后，電流環(huán)參數(shù)就固定不變。速度環(huán)參數(shù)與電機(jī)負(fù)載和機(jī)械轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)，增益越高，積分時(shí)間越小，伺服驅(qū)動器的響應(yīng)越快，所以一般在調(diào)試的時(shí)候要在機(jī)械系統(tǒng)不振動的情況下盡可能提高速度環(huán)增益，減小速度環(huán)積分時(shí)間。位置環(huán)增益和機(jī)械系統(tǒng)剛度有關(guān)，這個(gè)要根據(jù)客戶的需要來設(shè)置。

a) 選擇合適慣量電機(jī)，機(jī)床機(jī)械轉(zhuǎn)動慣量要與電機(jī)慣量相匹配。

b) 進(jìn)給速度提高后，伺服系統(tǒng)的跟隨誤差會隨速度的提高加大，影響移動件的動態(tài)精度，這就要求提高速度響應(yīng)，增大位置環(huán)剛度，最大限度減小動態(tài)跟隨誤差。

c)機(jī)臺構(gòu)件有其固有頻率，當(dāng)產(chǎn)生諧振時(shí)，噪音，振動，響應(yīng)速度受限。利用英威騰伺服的上位機(jī)軟件確認(rèn)諧振點(diǎn)，利用陷波濾波器消除機(jī)械諧振，提升機(jī)床響應(yīng)速度。

d)傳統(tǒng)手動調(diào)試伺服參數(shù)，經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)，一般都可以調(diào)試到滿足機(jī)床要求，不過當(dāng)難以調(diào)試到最佳狀態(tài)，可以用英威騰伺服上位機(jī)調(diào)試軟件進(jìn)行調(diào)試，以幫助你把伺服調(diào)試到最佳的性能。

圖3 英威騰伺服雕銑機(jī)應(yīng)用調(diào)試流程圖

主要參數(shù)設(shè)置如下表：

經(jīng)過調(diào)試，完全達(dá)到了該客戶的性能要求。雕銑機(jī)和伺服相關(guān)的具體運(yùn)行參數(shù)如下表：