1.方案背景簡(jiǎn)介
標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械加工所使用磨床，砂輪電動(dòng)機(jī)均按傳統(tǒng)啟動(dòng)電路運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后按照額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，由于電網(wǎng)電壓有一定磨床波動(dòng)，砂輪工件磨床磨擦負(fù)載不斷磨床變化，都會(huì)影響電動(dòng)機(jī)磨床轉(zhuǎn)速誤差。砂輪電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電路一般只有一種加工速度，難以適應(yīng)不同工件大小磨床要求不同磨床加工相對(duì)線速度，以至于所加工工件磨床加工精密度很難保證。因此從提高加工質(zhì)量加工效率，節(jié)約能源等方面考慮，將伺服技術(shù)應(yīng)用于磨床，可以收到滿意磨床效果。
機(jī)械加工行業(yè)磨床所加工磨床產(chǎn)品種類繁多，工件大小尺寸不同，要求加工精度各異。相對(duì)磨床要求砂輪轉(zhuǎn)速于主軸磨床線速度不同，單純磨床調(diào)整主軸磨床轉(zhuǎn)速來滿足工件磨床加工線速度很難調(diào)整到理想狀態(tài)。又由于軸桿類加工過程所產(chǎn)生磨床應(yīng)力彎曲，磨削過程會(huì)產(chǎn)生砂輪進(jìn)給磨床力矩不同，這樣就帶來砂輪輸出轉(zhuǎn)速/力矩不同磨床變化，相應(yīng)磨床會(huì)產(chǎn)生振刀紋/燒糊紋等，磨削精度很難保證，由此造成生產(chǎn)效率低，精品率低等。
隨著電力電子技術(shù)磨床發(fā)展，伺服技術(shù)磨床越來越普及，機(jī)械加工行業(yè)伺服磨床應(yīng)用收到很好磨床效果。其中，以伺服磨床無級(jí)調(diào)速，軟啟動(dòng)，恒轉(zhuǎn)矩輸出極大磨床滿足了機(jī)械加工設(shè)備對(duì)恒速度/恒轉(zhuǎn)矩磨床要求。
2.設(shè)備系統(tǒng)介紹
磨床主要由床身、工作臺(tái)、砂輪架等部件組成。 外圓磨床是普通型的基型系列，主要用于磨削圓柱形和圓錐形外表面的磨床。主要部件除床身、工作臺(tái)、砂輪架之外，還有頭架、尾座。
隨著高精度、高硬度機(jī)械零件數(shù)量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，磨床的性能、品種和產(chǎn)量都在不斷的提高和增長。伺服系統(tǒng)在磨床上的應(yīng)用，主要是指在磨床的運(yùn)動(dòng)源的應(yīng)用，就是給執(zhí)行件提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的裝置。
3.負(fù)載運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)
磨床常用的機(jī)械傳動(dòng)有帶傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)等。傳動(dòng)裝置需完成變速、變向和改變運(yùn)動(dòng)形式等任務(wù)，以使執(zhí)行件獲得所需的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)形式。而伺服系統(tǒng)在磨床上的使用就直接避免了二次傳動(dòng)的過程，通過伺服電機(jī)直接帶動(dòng)砂輪獲取之前通過傳動(dòng)所能完成的所有功能。
磨床加工過程中的負(fù)載較為簡(jiǎn)單，系統(tǒng)負(fù)載與磨削進(jìn)刀量變化成正比關(guān)系。加工分幾步完成，初期會(huì)進(jìn)行進(jìn)刀量稍大的粗磨削成型，然后按需求再進(jìn)行5~10絲進(jìn)刀的細(xì)致加工，使工件表面震紋及光潔度達(dá)標(biāo)。伺服系統(tǒng)的閉環(huán)速度反饋保證了速度的平穩(wěn)，并能穩(wěn)定進(jìn)行功率輸出。
4.控制要求
砂輪外圓表面上任一磨粒在單位時(shí)間內(nèi)所經(jīng)過的磨削路程，稱為砂輪的圓周速度，用v。表示。此速度也即磨削主運(yùn)動(dòng)速度。v。的單位為m/s，按下式計(jì)算，式中D。——砂輪直徑（mm）；
n。——砂輪轉(zhuǎn)速（r/min）；
v。——砂輪的圓周速度（m/s）；
砂輪圓周速度表示砂輪磨粒的磨削速度，又稱磨削速度；
外圓磨削和平面磨削的磨削速度一般在30~35m/s左右；
砂輪圓周速度對(duì)磨削質(zhì)量和生產(chǎn)率有直接的影響。當(dāng)砂輪直徑變小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)磨削質(zhì)量下降的現(xiàn)象，就是由于砂輪圓周速度下降的緣故。使用伺服系統(tǒng)能很好的避免以上情況，當(dāng)砂輪直徑變小時(shí)，可以通過伺服無極變速及穩(wěn)定的恒功率輸出，來提升給定速度并保證磨削質(zhì)量。
5.硬件配置
在磨床伺服電機(jī)的使用上，一般使用采用防油，防抖動(dòng)，防塵的旋轉(zhuǎn)編碼器，耐惡劣境。但普通旋轉(zhuǎn)編碼器都是一對(duì)極，在進(jìn)行速度采樣的過程中，對(duì)于速度變化的反饋無法達(dá)到高精度磨床工藝的速度要求。所以在嘗試多種方式后，明確了在磨床上使用三對(duì)極旋轉(zhuǎn)編碼器的，這樣就能更迅速的對(duì)電機(jī)速度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)反映，將速度波動(dòng)控制在更好的范圍內(nèi)。
6.電氣連接
對(duì)于磨床加工來說，速度穩(wěn)定是決定產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，所以伺服系統(tǒng)從磨床上位機(jī)接受主要是一路速度給定信號(hào)。將報(bào)警輸出，故障復(fù)位，驅(qū)動(dòng)器使能這記錄控制反饋信號(hào)交還給上位機(jī)。
7.保護(hù)功能
對(duì)于伺服系統(tǒng)在磨床上的應(yīng)用主要可通過以下的幾組驅(qū)動(dòng)器保護(hù)功能來實(shí)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)的保護(hù)：
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代碼 |
保護(hù)內(nèi)容 |
含義 |
代碼 |
保護(hù)內(nèi)容 |
含義 |
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Err01 |
IPM故障 |
功率模塊瞬時(shí)通過短路電流 |
Err02 |
過載 |
輸出電流超過驅(qū)動(dòng)器允許的工作電流 |
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Err03 |
直流過壓 |
主電路DC電壓異常高 |
Err04 |
直流欠壓 |
電機(jī)通電運(yùn)行時(shí)，主電路DC電壓下降到保護(hù)值下 |
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Err05 |
正向過速 |
伺服電機(jī)的正向轉(zhuǎn)速異常高 |
Err06 |
模塊過溫 |
伺服驅(qū)動(dòng)器的散熱片過熱 |
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Err07 |
電機(jī)過溫 |
伺服電機(jī)繞組過熱 |
Err08 |
軟件故障 |
伺服驅(qū)動(dòng)器軟件運(yùn)行異常 |
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Err09 |
CAN故障 |
調(diào)試中用，用戶程序沒有此報(bào)警 |
Err10 |
環(huán)境過溫 |
驅(qū)動(dòng)器內(nèi)空氣溫度過熱 |
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Err11 |
自檢故障 |
驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部硬件異常 |
Err12 |
任務(wù)重入 |
軟件程序調(diào)用出錯(cuò) |
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Err15 |
壓力傳感器故障 |
壓力傳感器接線錯(cuò)或本身損壞 |
Err14 |
反向過速 |
工藝控制模式時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)過速 |
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Err17 |
交流過壓 |
輸入交流電壓過高 |
Err18 |
EEPROM故障 |
伺服單元EEPROM數(shù)據(jù)異常 |
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Err19 |
使能欠壓 |
電機(jī)開始通電時(shí)，主電路DC電壓過低 |
Err20 |
交流欠壓 |
輸入交流電壓過低 |
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Err23 |
整流單元故障 |
交流電壓與直流電壓檢測(cè)值不匹配 |
Err24 |
上電超時(shí) |
上電繼電器吸合超時(shí) |
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Err25 |
485通訊故障 |
工藝指令模式為485連續(xù)時(shí)，485通訊異常驅(qū)動(dòng)器報(bào)此故障 |
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8.調(diào)試要點(diǎn)
在正常連線調(diào)試過程中，按正常的調(diào)試步驟（上電>使能禁止>電機(jī)選擇>旋變初始角測(cè)試>點(diǎn)動(dòng)電機(jī)>速度標(biāo)定>使能開啟>運(yùn)行）。后續(xù)調(diào)試中一切以速度為重心進(jìn)行微調(diào)，在電機(jī)旋變改成3對(duì)極旋變后，配合御能驅(qū)動(dòng)器，可將轉(zhuǎn)速偏差控制在正負(fù)2 rpm。
9.產(chǎn)品特點(diǎn)介紹
(1)產(chǎn)品性能優(yōu)勢(shì)
● 伺服驅(qū)動(dòng)器為塑機(jī)專用伺服驅(qū)動(dòng)器，過載系數(shù)達(dá)2.5~3倍；比起市場(chǎng)上用變頻器改造而來的所謂的伺服（矢量變頻器）1.5倍的過載系數(shù)，御能產(chǎn)品有著專業(yè)伺服得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)；
● 速度響應(yīng)時(shí)間30MS；
(2)按汽車產(chǎn)品的管控流程控制產(chǎn)品質(zhì)量
● 全面的高低溫工況的試驗(yàn)；
● 嚴(yán)格的震動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)；
● ISO90001/TS16949的供應(yīng)鏈管理流程，和生產(chǎn)過程控制；
● 對(duì)電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行嚴(yán)格的出廠老化測(cè)試，消除電子元器件的早期失效；
● 御能伺服產(chǎn)品通過滿足歐洲電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)CE認(rèn)證；
● 驅(qū)動(dòng)器兩年的質(zhì)量保證期，讓客戶無憂收回投資成本（節(jié)能/高效）；
(3)永磁磁阻同步電機(jī)的應(yīng)用
● 電磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩相結(jié)合產(chǎn)生更大的扭矩：速度相應(yīng)更快，更節(jié)能；
● 系統(tǒng)運(yùn)行更平穩(wěn)：整個(gè)系統(tǒng)噪音更低；
(4)先進(jìn)的電機(jī)控制算法和注塑應(yīng)用控制策略
● 現(xiàn)代電機(jī)正弦矢量控制算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的完美力矩控制：
● 整個(gè)系統(tǒng)的效率更高（系統(tǒng)效率大于90%）；
● 速度閉環(huán)控制，保證了工藝過程對(duì)速度的要求。
10.總結(jié)
伺服技術(shù)在高精度磨床上的應(yīng)用，不但完全實(shí)現(xiàn)了原有磨床技術(shù)所能達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)，還減少了傳統(tǒng)磨床應(yīng)用中傳動(dòng)部分的使用，是未來磨床發(fā)展中不可忽視的一個(gè)趨勢(shì)。
