數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)皇冠上的明珠，2023年中國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到4128億人民幣，2020年-2024年預(yù)計(jì)保持8.53%的復(fù)合增長(zhǎng)率。

我國(guó)高端數(shù)控裝備控制系統(tǒng)，國(guó)產(chǎn)化率偏低，急需提升。根據(jù)前瞻研究院數(shù)據(jù)，2018年中國(guó)低檔數(shù)控機(jī)床國(guó)產(chǎn)化率約82%，中檔數(shù)控機(jī)床國(guó)產(chǎn)化率約65%，高檔數(shù)控機(jī)床國(guó)產(chǎn)化率僅約6%。

《中國(guó)制造2025》規(guī)劃中明確提出“高端數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)設(shè)施裝備”之具體目標(biāo)如下：“到2025年，高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率超過(guò)80%。高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備總體進(jìn)入世界強(qiáng)國(guó)行列”。

傳統(tǒng)機(jī)床分類(lèi)

傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床種類(lèi)繁多，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛。固高科技的產(chǎn)品覆蓋了車(chē)床、銑床、鉆床、磨床、齒輪加工、電加工等豐富的機(jī)床場(chǎng)景。GSHD系列伺服驅(qū)動(dòng)器在立式雕銑機(jī)床、加工中心、車(chē)銑復(fù)合機(jī)床和高精密磨床等領(lǐng)域都獲得了規(guī)?；瘧?yīng)用。

案例講解

本文主要介紹GSHD系列伺服驅(qū)動(dòng)器在國(guó)產(chǎn)化五軸刀具磨床的應(yīng)用案例及其調(diào)試方法。

五軸數(shù)控刀具磨床的設(shè)備圖

設(shè)備一般由：

砂輪主軸：通過(guò)高速，穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)磨切工件；

X軸：橫向移動(dòng)的伺服電機(jī)；

Y軸：前后移動(dòng)的伺服電機(jī)；

Z軸：帶著磨頭軸上下移動(dòng)的伺服電機(jī)；

A軸：旋轉(zhuǎn)工件的dd馬達(dá)；

C軸：帶著工作臺(tái)整體旋轉(zhuǎn)的dd馬達(dá)；

和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件、輔助部件、立柱、機(jī)座等組成。 

在此基礎(chǔ)上，砂輪可以以任意角度接近工件加工，實(shí)現(xiàn)5軸聯(lián)動(dòng)。這種磨削方式靈活穩(wěn)定，加工精度高，借助豎直鏡頭更容易觀測(cè)實(shí)時(shí)位置，對(duì)安全也有保障。

解決方案

附：卡右邊網(wǎng)口為出線(xiàn)A口，左為回線(xiàn)B口。

模塊為cn1進(jìn)線(xiàn)，cn2出線(xiàn)。

該類(lèi)型數(shù)控機(jī)床機(jī)床調(diào)試的重點(diǎn)是：高精度、高速度、高穩(wěn)定性、聯(lián)動(dòng)性和智能性。固高科技協(xié)助某客戶(hù)自研了系列高精度五軸數(shù)控刀具磨床。

初始方案：xyzac軸如上所示，XYZ進(jìn)給軸編碼器為單光柵尺反饋，0.1μm分辨率，要求達(dá)到0.5μm的全行程跟隨誤差。

改進(jìn)前效果

XYZ進(jìn)給軸絲桿導(dǎo)程為5mm，編碼器分辨率為5000μm÷0.1μm=50000個(gè)脈沖。加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速4000，以0.6的進(jìn)給速率加工直線(xiàn)，往返加工四次。最初的加工效果如下：

從上圖可以看到，伺服驅(qū)動(dòng)器位置誤差曲線(xiàn)有明顯的固定振動(dòng)頻率。速度環(huán)，位置環(huán)增益因?yàn)樵摰皖l共振導(dǎo)致無(wú)法提升，從而進(jìn)一步降低系統(tǒng)跟速誤差，且由于電機(jī)末端沒(méi)有安裝編碼器無(wú)法進(jìn)行齒槽轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，最終導(dǎo)致數(shù)控磨床系統(tǒng)加工效果不穩(wěn)定。

改進(jìn)后工藝效果

經(jīng)固高技術(shù)團(tuán)隊(duì)研究后確定使用GSHD系列伺服驅(qū)動(dòng)器的全閉環(huán)功能。在電機(jī)模塊添加了1000000分辨率的增量式abz編碼器作為電機(jī)編碼器充當(dāng)?shù)谝宦肪幋a器。這樣第一路的主編電機(jī)編碼器負(fù)責(zé)伺服系統(tǒng)準(zhǔn)確電流換相，第二路的尺子負(fù)責(zé)位置閉環(huán)，兩者配合，可產(chǎn)生更穩(wěn)定，更精準(zhǔn)的控制效果。

GSHD系列伺服驅(qū)動(dòng)器全閉環(huán)的設(shè)置靈活， C3，C4硬件接口都可配置為第二編碼器，目前 C3接口僅支持增量式編碼器。（EtherCAT型驅(qū)動(dòng)器C3接口支持絕對(duì)式和增量式編碼器接入） 

注意：在使用兩路編碼器的時(shí)候，設(shè)置主編碼器必須是電機(jī)的編碼器，而不是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的末端編碼器。

(注：配置完第二路編碼器之后需要驗(yàn)證主編碼器與第二路編碼器方向是否一致。添加“Pos”和“SecondPos”兩個(gè)變量，分別為主編碼器反饋及第二編碼器反饋，手推或者電壓開(kāi)環(huán)監(jiān)控曲線(xiàn)是否同增同減，如果不是則在第二路編碼器配置中將第二路編碼器取反。)

改進(jìn)后效果圖

使用GSHD系列伺服驅(qū)動(dòng)器的全閉環(huán)控制不僅使系統(tǒng)跟隨誤差顯著減小，且偏差整體加工面更加平整沒(méi)有明顯的刀紋，速度穩(wěn)定性明顯提升，勻速段的速度波動(dòng)穩(wěn)定的1%內(nèi)，在直線(xiàn)和圓弧加工中都達(dá)到了較為完美的效果，效果也達(dá)到了終端客戶(hù)認(rèn)可。

固高科技于1999年由香港科技大學(xué)的李澤湘、高秉強(qiáng)、吳宏三位機(jī)器人、微電子和運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的國(guó)際知名學(xué)者和專(zhuān)家所創(chuàng)辦，是亞太地區(qū)首家擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán), 專(zhuān)業(yè)從事運(yùn)動(dòng)控制及智能制造核心技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)的高科技企業(yè)，是國(guó)內(nèi)外全互聯(lián)智能制造綜合解決方案提供商之一。固高科技專(zhuān)注于運(yùn)動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、多維感知、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)軟件五個(gè)方向的核心技術(shù)研究，通過(guò)深入的國(guó)內(nèi)外合作、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合、積極培育系統(tǒng)集成商等創(chuàng)新的商業(yè)模式，將固高科技的運(yùn)控技術(shù)及產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于微電子、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、電子加工、檢測(cè)、印刷、包裝及生產(chǎn)自動(dòng)化等工業(yè)控制領(lǐng)域。

長(zhǎng)按二維碼 關(guān)注公眾號(hào)

固高科技

產(chǎn)品 | 方案 | 服務(wù)