【摘要】:本文主要介紹英威騰DA200高性能交流伺服系統全閉環控制功能在高精度外圓磨床上的應用。

【關鍵字】:英威騰DA200伺服、磨床、全閉環、高精度

1、 磨床設備及工藝簡介

1．1  磨床是利用磨具對工作表面進行磨削加工的機床。大多數的磨床是使用高速旋轉的砂輪進行磨削加工，少數的是使用油石，砂帶等其他磨具和游離磨料進行加工，如珩磨機、超精加工機床、砂帶磨床、研磨機和拋光機等。

設備結構示意圖

1. 2  工藝簡介

通常磨具旋轉為主運動，工作的旋轉與移動或磨具的移動為進給運動。磨床因其加工效率高、應用范圍廣、適應性強、使用成本低、操作安全方便等特點而深受用戶親睞。磨削是一種彈性磨削，是一種具有磨削、研磨、拋光多種作用的復合加工工藝。

2、磨床設備市場簡介

目前部分國內企業已能生產較低端的數控刀具磨床，高端數控刀具磨床仍以進口為主。隨著國內企業技術的積累，已經大大縮小與國際領先企業之間的差距，國產數控刀具磨床在性價比上的優勢開始顯現，內需方面進口替代開始加速，出口方面數控刀具磨床比例正在逐步增加，出口開始提速。數控磨床正處在行業景氣度上升期。

本行業目前選用的伺服品牌大致有：日本安川∑Ⅱ、∑5系列、三菱J2S、J3、J4系列、臺達A2系列交流伺服、英威騰DA200系列交流伺服。數控磨床對交流伺服的要求非常苛刻，100次連續加工重復定位精度誤差≤2μm,磨削后的尺寸誤差≤1μm，國內磨削加工工況比較惡劣，例如電壓不穩、高溫高濕、高污染等。由于進口產品價格很高，售后服務很難滿足客戶的要求，給客戶的生產成本、機床信譽、服務質量增加了很多的麻煩和負擔。因此客戶一直在尋找性價比更高的、服務更及時周到的國產伺服品牌。而英威騰DA200憑借高精度、高響應、全閉環、高性價比的超強性能及定制化服務贏得了客戶的認可。

3、應用方案介紹

3．1  全閉環伺服系統與半閉環伺服系統的區別

半閉環是指數控系統發出指令，伺服接受指令，然后執行，在執行的過程中，伺服本身的編碼器進行位置反饋給伺服，伺服自己進行偏差修正，伺服本身誤差可避免，但是機械誤差無法避免，因為數控系統不知道。

全閉環是指伺服接受指令，然后執行，執行的過程中，在機械裝置上有位置反饋的裝置，直接反饋給數控系統，數控系統通過比較，判斷出與實際偏差，給伺服指令，進行偏差修正。

3．2  全閉環的重要部件——光柵尺

光柵尺，也稱為光柵尺位移傳感器（光柵尺傳感器），是利用光柵的光學原理工作的測量反饋裝置。光柵尺經常應用于數控機床的閉環伺服系統中，可用作直線位移或者角位移的檢測。其測量輸出的信號為數字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，響應速度快的特點。

3. 3  半閉環磨床的控制方案

絲桿有導程間隙，來回加工運行不確定的誤差一直在。

機械傳動運行時間越長，磨損越厲害，加工不確定誤差也會在增大。

3．4  INVT磨床控制方案

3．4．1 系統配置圖

3．4．2電氣選型配置

3．4．3方案優勢

3．4．3．1.支持外接負載端安裝的光柵尺，實現全閉環控制，降低機械傳動背隙影響，更加確保機器終端定位精度。

3．4．3．2直接測量外部負載行程，有效地克服了由于機械磨損造成的傳動誤差加大的困擾。

4、伺服調試及參數設置

4．1  伺服接線圖

4．2  控制線信號接線

控制模塊為NPN型(共陰極) 

若不需要方向信號，只需接38腳OCP接24V+和24腳PULSE-接PLC脈沖輸出。

4．3   伺服參數設置表

4．4 USB通信的在線示波器通道波形

4．5  伺服調試主要步驟：

4．5．1.  模式設置為全閉環，P0.03=6. 

4．5．2.  設置正確的電子齒輪比；P0.22設置為0. 電機為17位絕對值，外部光柵尺分頻分子P4.60設置為 131072.電機轉一圈同時絲桿行進一圈行程為5mm,光柵尺的分辨率為1um,外部光柵尺分頻分母P4.61設置為5000. 

4．5．3.  學習好慣量，打開在線慣量整定有效，P1.00=1.使P1.01與觀測值基本相符，否則，繼續學。

4．5．4.  將增益調高，此機剛性P1.03調到17.

4．5．5   開關量配置：DI1為反向驅動禁止，DI2為正向驅動禁止。p3.40=1.DI6為使能，DO3為故障輸出。

4．6  伺服常見問題及處理

全閉環各種場合應用如果不恰當容易飛車，首先P4.62設置光柵尺方向須與伺服電機一致，若不一樣，需要方向取反，否則會飛車。此外，還可將p4.33位置超差脈沖范圍設小到合適值，默認值為100000.同時最大速度限制P4.31也可以設置限到合適的值。這樣可以防止誤操作引發的飛車，比如使能斷了，上位還一直在發脈沖，超過p4.33伺服就報警了。從而防止一加上使能就會飛車的現象。

5、方案總結：

a)  重復定位精度為2um以內，達到了客戶的要求。

b)  與半閉環控制相比，半閉環新機機械無磨損，雖然可以通過補償來克服絲桿導程間隙，但是時間長了，磨損度不確定，加工誤差加大，而全閉環系統很好的解決了這個硬傷問題，為客戶創造最大的價值。

c)  全閉環功能使得DA200在運動精度、輸出柔性、速度和加速度控制優勢十分明顯，一舉打破了進口伺服的堅冰,成為行業翹楚。

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關于英威騰：

英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領先、受人尊敬的工業自動化和能源電力領域的產品與服務提供者，2010年在深交所A股上市，股票代碼：002334。英威騰是國家火炬計劃重點高新技術企業，目前擁有16家控股子公司，分駐于全國的12大研發中心，申請各類專利800多件，依托于電力電子、電氣傳動、自動控制、信息技術等關鍵技術，主要產品涵括高中低壓變頻器、電梯智能控制系統、伺服系統、PLC、HMI、SVG、UPS、電機和電主軸、光伏逆變器、軌道交通牽引系統、新能源汽車電控系統等。英威騰現有員工2500多人，大型生產基地3個，營銷網絡遍布國內及海外60多個國家和地區。