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英威腾伺服系统DA200全闭环功能在磨床的应用
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1、磨床设备及工艺简介

1.1 磨床是利用磨具对工作表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工,少数的是使用油石,砂带等其他磨具和游离磨料进行加工,如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。

设备结构示意图




1.2 工艺简介

通常磨具旋转为主运动,工作的旋转与移动或磨具的移动为进给运动。磨床因其加工效率高、应用范围广、适应性强、使用成本低、操作安全方便等特点而深受用户亲睐。磨削是一种弹性磨削,是一种具有磨削、研磨、抛光多种作用的复合加工工艺。



2、磨床设备市场简介

目前部分国内企业已能生产较低端的数控刀具磨床,高端数控刀具磨床仍以进口为主。随着国内企业技术的积累,已经大大缩小与国际领先企业之间的差距,国产数控刀具磨床在性价比上的优势开始显现,内需方面进口替代开始加速,出口方面数控刀具磨床比例正在逐步增加,出口开始提速。数控磨床正处在行业景气度上升期。

本行业目前选用的伺服品牌大致有:日本安川∑Ⅱ、∑5系列、三菱J2S、J3、J4系列、台达A2系列交流伺服、英威腾DA200系列交流伺服。数控磨床对交流伺服的要求非常苛刻,100次连续加工重复定位精度误差≤2μm,磨削后的尺寸误差≤1μm,国内磨削加工工况比较恶劣,例如电压不稳、高温高湿、高污染等。由于进口产品价格很高,售后服务很难满足客户的要求,给客户的生产成本、机床信誉、服务质量增加了很多的麻烦和负担。因此客户一直在寻找性价比更高的、服务更及时周到的国产伺服品牌。而英威腾DA200凭借高精度、高响应、全闭环、高性价比的超强性能及定制化服务赢得了客户的认可。


3、应用方案介绍

3.1 全闭环伺服系统与半闭环伺服系统的区别

半闭环是指数控系统发出指令,伺服接受指令,然后执行,在执行的过程中,伺服本身的编码器进行位置反馈给伺服,伺服自己进行偏差修正,伺服本身误差可避免,但是机械误差无法避免,因为数控系统不知道 。


全闭环是指伺服接受指令,然后执行,执行的过程中,在机械装置上有位置反馈的装置,直接反馈给数控系统,数控系统通过比较,判断出与实际偏差,给伺服指令,进行偏差修正。

3.2 全闭环的重要部件——光栅尺

光栅尺,也称为光栅尺位移传感器(光栅尺传感器),是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺经常应用于数控机床的闭环伺服系统中,可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲,具有检测范围大,检测精度高,响应速度快的特点。




3.3 半闭环磨床的控制方案

丝杆有导程间隙,来回加工运行不确定的误差一直在。 
机械传动运行时间越长,磨损越厉害,加工不确定误差也会在增大。


3.4 INVT磨床控制方案


3.4.1 系统配置图




3.4.2 电气选型配置


名称 品牌 功率(KW) 精度 数量(台)
交流伺服 英威腾DA200 1
1
伺服电机 英威腾 1 17位绝对值 1
光栅尺 发格
分辨率为0.001mm 1
上位机 HUST

1


3.4.3 方案优势


3.4.3.1 支持外接负载端安装的光栅尺,实现全闭环控制,降低机械传动背隙影响,更加确保机器终端定位精度。
 3.4.3.2 直接测量外部负载行程,有效地克服了由于机械磨损造成的传动误差加大的困扰。


4、伺服调试及参数设置


4.1 伺服接线图 




4.2 控制线信号接线


控制模块为NPN型(共阴极)




若不需要方向信号,只需接38脚OCP接24V+和24脚PULSE-接PLC脉冲输出。


4.3 伺服参数设置表




4.4 USB通信的在线示波器通道波形




4.5 伺服调试主要步骤:

4.5.1 模式设置为全闭环,P0.03=6. 
4.5.2 设置正确的电子齿轮比;P0.22设置为0. 电机为17位绝对值,外部光栅尺分频分子P4.60设置为 131072.电机转一圈同时丝杆行进一圈行程为5mm,光栅尺的分辨率为1um,外部光栅尺分频分母P4.61设置为5000. 
4.5.3 学习好惯量,打开在线惯量整定有效,P1.00=1.使P1.01与观测值基本相符,否则,继续学。
4.5.4 将增益调高,此机刚性P1.03调到17.
4.5.5 开关量配置:DI1为反向驱动禁止,DI2为正向驱动禁止。p3.40=1.DI6为使能,DO3为故障输出。


4.6 伺服常见问题及处理

全闭环各种场合应用如果不恰当容易飞车,首先P4.62设置光栅尺方向须与伺服电机一致,若不一样,需要方向取反,否则会飞车。此外,还可将p4.33位置超差脉冲范围设小到合适值,默认值为100000.同时最大速度限制P4.31也可以设置限到合适的值。这样可以防止误操作引发的飞车,比如使能断了,上位还一直在发脉冲,超过p4.33伺服就报警了。从而防止一加上使能就会飞车的现象。


5、方案总结:

a) 重复定位精度为2um以内,达到了客户的要求。
b) 与半闭环控制相比,半闭环新机机械无磨损,虽然可以通过补偿来克服丝杆导程间隙,但是时间长了,磨损度不确定,加工误差加大,而全闭环系统很好的解决了这个硬伤问题,为客户创造最大的价值。
c) 全闭环功能使得DA200在运动精度、输出柔性、速度和加速度控制优势十分明显,一举打破了进口伺服的坚冰,成为行业翘楚。




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