1.方案背景簡介
標準機械加工所使用磨床，砂輪電動機均按傳統(tǒng)啟動電路運行。電動機啟動后按照額定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，由于電網(wǎng)電壓有一定磨床波動，砂輪工件磨床磨擦負載不斷磨床變化，都會影響電動機磨床轉(zhuǎn)速誤差。砂輪電動機起動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，磨削過程會產(chǎn)生砂輪進給磨床力矩不同，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，以伺服磨床無級調(diào)速，軟啟動，恒轉(zhuǎn)矩輸出極大磨床滿足了機械加工設(shè)備對恒速度/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、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、砂輪架之外，還有頭架、尾座。
隨著高精度、高硬度機械零件數(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動源的應(yīng)用，就是給執(zhí)行件提供動力和運動的裝置。
3.負載運動特點
磨床常用的機械傳動有帶傳動、螺旋傳動和齒輪傳動等。傳動裝置需完成變速、變向和改變運動形式等任務(wù)，以使執(zhí)行件獲得所需的運動速度、運動方向和運動形式。而伺服系統(tǒng)在磨床上的使用就直接避免了二次傳動的過程，通過伺服電機直接帶動砂輪獲取之前通過傳動所能完成的所有功能。
磨床加工過程中的負載較為簡單，系統(tǒng)負載與磨削進刀量變化成正比關(guān)系。加工分幾步完成，初期會進行進刀量稍大的粗磨削成型，然后按需求再進行5~10絲進刀的細致加工，使工件表面震紋及光潔度達標。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動速度。v。的單位為m/s，按下式計算，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，會出現(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，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
在磨床伺服電機的使用上，一般使用采用防油，防抖動，防塵的旋轉(zhuǎn)編碼器，耐惡劣境。但普通旋轉(zhuǎn)編碼器都是一對極，在進行速度采樣的過程中，對于速度變化的反饋無法達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極旋轉(zhuǎn)編碼器的，這樣就能更迅速的對電機速度變化進行實時反映，將速度波動控制在更好的范圍內(nèi)。
6.電氣連接
對于磨床加工來說，速度穩(wěn)定是決定產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要標準，所以伺服系統(tǒng)從磨床上位機接受主要是一路速度給定信號。將報警輸出，故障復(fù)位，驅(qū)動器使能這記錄控制反饋信號交還給上位機。
7.保護功能
對于伺服系統(tǒng)在磨床上的應(yīng)用主要可通過以下的幾組驅(qū)動器保護功能來實現(xiàn)對于系統(tǒng)的保護：
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代碼 |
保護內(nèi)容 |
含義 |
代碼 |
保護內(nèi)容 |
含義 |
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Err01 |
IPM故障 |
功率模塊瞬時通過短路電流 |
Err02 |
過載 |
輸出電流超過驅(qū)動器允許的工作電流 |
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Err03 |
直流過壓 |
主電路DC電壓異常高 |
Err04 |
直流欠壓 |
電機通電運行時，主電路DC電壓下降到保護值下 |
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Err05 |
正向過速 |
伺服電機的正向轉(zhuǎn)速異常高 |
Err06 |
模塊過溫 |
伺服驅(qū)動器的散熱片過熱 |
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Err07 |
電機過溫 |
伺服電機繞組過熱 |
Err08 |
軟件故障 |
伺服驅(qū)動器軟件運行異常 |
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Err09 |
CAN故障 |
調(diào)試中用，用戶程序沒有此報警 |
Err10 |
環(huán)境過溫 |
驅(qū)動器內(nèi)空氣溫度過熱 |
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Err11 |
自檢故障 |
驅(qū)動器內(nèi)部硬件異常 |
Err12 |
任務(wù)重入 |
軟件程序調(diào)用出錯 |
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Err15 |
壓力傳感器故障 |
壓力傳感器接線錯或本身損壞 |
Err14 |
反向過速 |
工藝控制模式時，電機反轉(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 |
電機開始通電時，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值不匹配 |
Err24 |
上電超時 |
上電繼電器吸合超時 |
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Err25 |
485通訊故障 |
工藝指令模式為485連續(xù)時，485通訊異常驅(qū)動器報此故障 |
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8.調(diào)試要點
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>電機選擇>旋變初始角測試>點動電機>速度標定>使能開啟>運行）。后續(xù)調(diào)試中一切以速度為重心進行微調(diào)，在電機旋變改成3對極旋變后，配合御能驅(qū)動器，可將轉(zhuǎn)速偏差控制在正負2 rpm。
9.產(chǎn)品特點介紹
(1)產(chǎn)品性能優(yōu)勢
● 伺服驅(qū)動器為塑機專用伺服驅(qū)動器，過載系數(shù)達2.5~3倍；比起市場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)伺服得天獨厚的優(yōu)勢；
● 速度響應(yīng)時間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；
● 嚴格的震動環(huán)境試驗；
● ISO90001/TS16949的供應(yīng)鏈管理流程，和生產(chǎn)過程控制；
● 對電機和伺服驅(qū)動器進行嚴格的出廠老化測試，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準CE認證；
● 驅(qū)動器兩年的質(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)運行更平穩(wěn)：整個系統(tǒng)噪音更低；
(4)先進的電機控制算法和注塑應(yīng)用控制策略
● 現(xiàn)代電機正弦矢量控制算法，實現(xiàn)對電機的完美力矩控制：
● 整個系統(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，不但完全實現(xiàn)了原有磨床技術(shù)所能達到的標準，還減少了傳統(tǒng)磨床應(yīng)用中傳動部分的使用，是未來磨床發(fā)展中不可忽視的一個趨勢。
