伺服控制系統(tǒng)在數(shù)控鉆床上的應(yīng)用
此項(xiàng)目為兩軸過孔加工機(jī)床，此類加工設(shè)備的現(xiàn)狀為：
a、采用傳統(tǒng)的液壓設(shè)備加工精度低、效率不高；
b、設(shè)備環(huán)境適應(yīng)能力不強(qiáng)；
c、采用液壓系統(tǒng)，因此設(shè)備維護(hù)工作頻繁并且相對(duì)繁瑣。
為了解決上述問題，此機(jī)床采用了時(shí)光IMS系列伺服控制系統(tǒng)。時(shí)光IMS伺服控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
a、可實(shí)現(xiàn)電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行于0.01Hz～250Hz工作范圍；
b、電機(jī)運(yùn)行速率低于50Hz時(shí)可實(shí)現(xiàn)3倍電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩輸出，包括電機(jī)0Hz鎖定時(shí)的3倍電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩輸出（有效地解決了工件加工過程中偶爾出現(xiàn)的堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，保證了器件加工的高效率輸出）；
c、內(nèi)置PLC功能（16入/13出），通過QMCL軟件編程的方式對(duì)所有I/O進(jìn)行自定義設(shè)計(jì)。使用I/O方式接收相應(yīng)動(dòng)作信號(hào)及告知上位PLC滑臺(tái)是否已完成工件加工過程，工件加工過程中兩臺(tái)伺服控制器相互之間也由I/O方式實(shí)現(xiàn)互鎖功能；
d、使用QMCL語(yǔ)言編譯的程序，可以靈活的設(shè)定電氣零點(diǎn)，通過程序定義好的參數(shù)設(shè)置偏置值來保證機(jī)械原位與電氣零點(diǎn)的可靠結(jié)合。而且由軟件根據(jù)機(jī)械實(shí)際情況設(shè)計(jì)的間隙補(bǔ)償量與機(jī)械結(jié)合更加緊密，由于各類補(bǔ)償是做為參數(shù)設(shè)定的，因此可根據(jù)實(shí)際情況及長(zhǎng)時(shí)間使用造成的間隙改變作出相應(yīng)調(diào)整。極大方便了系統(tǒng)調(diào)試和維和。
e、系統(tǒng)參數(shù)任意設(shè)定電機(jī)運(yùn)行時(shí)的S曲線和轉(zhuǎn)矩限幅值。
2、項(xiàng)目實(shí)施情況介紹
首先將工件通過夾具固定在位于鉆床中央的工作臺(tái)上。按下“運(yùn)行”按鈕后，艙門關(guān)閉，位于工作臺(tái)兩端的驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過滾珠絲杠將帶有鉆頭的加工臺(tái)高速推進(jìn)至工件接近位，到達(dá)接近位后由控制器給出電氣信號(hào)使鉆頭工作，然后按固有深孔加工循環(huán)進(jìn)行加工。為防止相對(duì)的兩鉆頭打刀，由控制器通過軟件編程實(shí)現(xiàn)兩驅(qū)動(dòng)電機(jī)互鎖功能。即先加工至接近中線某位置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)會(huì)發(fā)出信號(hào)鎖住另外一邊的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使其進(jìn)入“暫?！睜顟B(tài)，待電機(jī)退回至安全位置后解除原電氣信號(hào)使另外一邊的驅(qū)動(dòng)電機(jī)繼續(xù)完成其自身的加工動(dòng)作。工件加工完成后，控制器給出相應(yīng)電氣信號(hào)打開艙門并且等待下次循環(huán)動(dòng)作的“運(yùn)行”開始。
每臺(tái)進(jìn)給軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)由IMS伺服控制器進(jìn)行位置控制，IMS伺服控制器通過相應(yīng)編碼器（PG）反饋信號(hào)構(gòu)成位置閉環(huán)系統(tǒng)。所有的限位開關(guān)、零位開關(guān)等電氣信號(hào)直接聯(lián)入相應(yīng)的控制器做為控制信號(hào)。2臺(tái)伺服控制器利用內(nèi)部集成的PLC功能，通過I/O信號(hào)與控制面板相連（根據(jù)不同用戶的要求，也可使用RS422/485通訊的方式進(jìn)行相應(yīng)的連線）。由于本套設(shè)備相關(guān)參數(shù)不希望能夠由設(shè)備操作者設(shè)定，因此控制面板上并沒有參數(shù)設(shè)定功能，取而代之的采用了可即時(shí)插拔式手操作器的方式對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改（由相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行修改）。
單臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)鉆頭的工件加工過程，可視作“快速接近工件——慢速加工工件——快速回退”的循環(huán)加工動(dòng)作往復(fù)過程。
軟件設(shè)定的“互鎖”信號(hào)分為“鎖定對(duì)方”（輸出）信號(hào)和“響應(yīng)鎖定”（輸入）信號(hào)，當(dāng)IMS控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)將鉆臺(tái)推進(jìn)至接近中心線的某位置時(shí)（軟件設(shè)定），控制器會(huì)向另外一臺(tái)控制器給出“鎖定對(duì)方”信號(hào)。對(duì)方控制器接受到“響應(yīng)鎖定”信號(hào)后，如正工作在安全區(qū)內(nèi)，則正常運(yùn)行；如正在向前推進(jìn)并有可能發(fā)生打刀情況，則執(zhí)行“暫?！眲?dòng)作使鉆臺(tái)停留在安全范圍內(nèi)直至“響應(yīng)鎖定”信號(hào)消失。發(fā)出“鎖定對(duì)方”信號(hào)的控制器在所控制的鉆臺(tái)回退至安全范圍后，將“鎖定對(duì)方”信號(hào)取消以便另外一側(cè)鉆臺(tái)的正常運(yùn)行。兩臺(tái)控制器本著“先入為主”的原則進(jìn)行互鎖動(dòng)作以保證加工時(shí)的高效率輸出。
3、項(xiàng)目效果
a、IMS伺服控制器調(diào)速比為1：5000，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)所要求的1：3000。經(jīng)過實(shí)用考核驗(yàn)證，滑臺(tái)在該調(diào)速比下能夠可靠運(yùn)行，并滿足兩軸過孔專用加工鉆床的進(jìn)給要求。
b、由于IMS伺服控制器采用的是輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的“解耦控制”，在電機(jī)基頻（50Hz）以下能夠保證3倍電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)輸出。滿足滑臺(tái)機(jī)構(gòu)對(duì)于電機(jī)的低速大轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)輸出要求，以及在負(fù)載發(fā)生波動(dòng)時(shí)依然能夠保證進(jìn)給速率的穩(wěn)定與正常。
c、IMS伺服控制器位置控制范圍為4字節(jié)編碼器脈沖數(shù)。本套系統(tǒng)采用標(biāo)配的2500線編碼器，其位置控制范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過滑臺(tái)的實(shí)際工作范圍2m。經(jīng)過實(shí)測(cè)重復(fù)定位精度誤差為±0.002mm。滿足設(shè)備設(shè)計(jì)要求的定位誤差小于±0.005mm。
d、使用QMCL語(yǔ)言可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的靈活動(dòng)作控制，配合實(shí)際工作情況我們對(duì)滑臺(tái)動(dòng)作進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在原有設(shè)計(jì)方案提高效率的基礎(chǔ)上又將工件加工時(shí)間縮短。采用原設(shè)計(jì)方案可實(shí)現(xiàn)4分鐘加工2件工件的要求。我們對(duì)滑臺(tái)動(dòng)作進(jìn)行優(yōu)化后最終實(shí)現(xiàn)3分10秒加工2件工件。
e、時(shí)光IMS系列伺服控制器允許輸入電壓波動(dòng)范圍為±10％，在此范圍內(nèi)均可保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，滿足低電壓低轉(zhuǎn)速時(shí)大轉(zhuǎn)矩可靠輸出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。f、解決原電液伺服系統(tǒng)存在的噪音、振動(dòng)、漏油以及安裝、維護(hù)和調(diào)試過程中存在的問題或缺陷。
4、客戶評(píng)價(jià)
a、工件加工周期由原來的4分鐘提升至3分10秒。對(duì)于設(shè)備使用廠家來說效率就意味著產(chǎn)量和利潤(rùn)，其重要性不言而喻，本項(xiàng)指標(biāo)的提高也是最令設(shè)備使用廠家感到欣喜和滿意的地方。
b、系統(tǒng)具有極佳的可靠性與穩(wěn)定性，維護(hù)簡(jiǎn)便。相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)備的液電伺服系統(tǒng)，由于本套設(shè)備采用了三相異步電機(jī)做為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因此極大地簡(jiǎn)化了設(shè)備維護(hù)工作。系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性對(duì)于批加工企業(yè)來說非常重要，在整個(gè)調(diào)試階段IMS伺服控制器始終處于無故障運(yùn)行使廠家感到非常滿意。
c、簡(jiǎn)單明了的參數(shù)設(shè)計(jì)。絕大多數(shù)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)都是相對(duì)固定的，對(duì)于機(jī)加工行業(yè)來說有些參數(shù)需要進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換后才能便于操作者的理解。IMS伺服控制器通過軟件設(shè)計(jì)出來的參數(shù)含義可直接按照用戶的要求進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，極大方便了設(shè)備操作者和使用者。
d、IMS伺服控制器內(nèi)部集成了PLC功能，I/O使用起來更加靈活方便，在簡(jiǎn)化了系統(tǒng)集成商整體設(shè)計(jì)方案難度的同時(shí)也減少了部分硬件成本。工件加工周期由原來的4分鐘提升至3分10秒。對(duì)于設(shè)備使用廠家來說效率就意味著產(chǎn)量和利潤(rùn)，其重要性不言而喻，本項(xiàng)指標(biāo)的提高也是最令設(shè)備使用廠家感到欣喜和滿意的地方。
e、系統(tǒng)具有極佳的可靠性與穩(wěn)定性，維護(hù)簡(jiǎn)便。相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)備的液電伺服系統(tǒng)，由于本套設(shè)備采用了三相異步電機(jī)做為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因此極大地簡(jiǎn)化了設(shè)備維護(hù)工作。系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性對(duì)于批加工企業(yè)來說非常重要，在整個(gè)調(diào)試階段IMS伺服控制器始終處于無故障運(yùn)行使廠家感到非常滿意。
f、簡(jiǎn)單明了的參數(shù)設(shè)計(jì)。絕大多數(shù)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)都是相對(duì)固定的，對(duì)于機(jī)加工行業(yè)來說有些參數(shù)需要進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換后才能便于操作者的理解。IMS伺服控制器通過軟件設(shè)計(jì)出來的參數(shù)含義可直接按照用戶的要求進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，極大方便了設(shè)備操作者和使用者。
g、IMS伺服控制器內(nèi)部集成了PLC功能，I/O使用起來更加靈活方便，在簡(jiǎn)化了系統(tǒng)集成商整體設(shè)計(jì)方案難度的同時(shí)也減少了部分硬件成本。工件加工周期由原來的4分鐘提升至3分10秒。對(duì)于設(shè)備使用廠家來說效率就意味著產(chǎn)量和利潤(rùn)，其重要性不言而喻，本項(xiàng)指標(biāo)的提高也是最令設(shè)備使用廠家感到欣喜和滿意的地方。
h、系統(tǒng)具有極佳的可靠性與穩(wěn)定性，維護(hù)簡(jiǎn)便。相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)備的液電伺服系統(tǒng)，由于本套設(shè)備采用了三相異步電機(jī)做為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因此極大地簡(jiǎn)化了設(shè)備維護(hù)工作。系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性對(duì)于批加工企業(yè)來說非常重要，在整個(gè)調(diào)試階段IMS伺服控制器始終處于無故障運(yùn)行使廠家感到非常滿意。
i、簡(jiǎn)單明了的參數(shù)設(shè)計(jì)。絕大多數(shù)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)都是相對(duì)固定的，對(duì)于機(jī)加工行業(yè)來說有些參數(shù)需要進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換后才能便于操作者的理解。IMS伺服控制器通過軟件設(shè)計(jì)出來的參數(shù)含義可直接按照用戶的要求進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，極大方便了設(shè)備操作者和使用者。
j、IMS伺服控制器內(nèi)部集成了PLC功能，I/O使用起來更加靈活方便，在簡(jiǎn)化了系統(tǒng)集成商整體設(shè)計(jì)方案難度的同時(shí)也減少了部分硬件成本。
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