台达伺服系统在CNC雕刻机上的应用

摘 要：本文在分析CNC雕刻机自动化加工性能需求的基础上，结合惯量匹配浅谈如何
将台达伺服系统合理的应用在CNC雕刻机上。
关键词： CNC雕刻机 惯量 刚性 台达伺服
1 引言
随着中国制造业品牌建设工程的启动，五金、广告制品等行业对高速高精度雕刻机的需求与日俱增。例如在经济发达的华东地区市场需求达到几千台高速高精度雕刻机。高速高精度雕刻机设备日益成为CNC（计算机数字控制）技术的应用领域。
雕刻机是用于广告、模具类产品生产加工专用加工设备。由于产品的市场变化比较频繁，所以雕刻机不但要求一次性采购价格以及初始功能，还要求产品的升级应用能力。市场的需求是变幻无常的，只有具有领先的技术开发能力和升值潜力的产品，才能延长产品的使用寿命，开拓产品的使用范围。
2 CNC雕刻机进给系统
2.1 进给系统简介
CNC雕刻机进给系统主要任务是将滑动件（工作台或主动头、立柱等）沿着导轨，依指令速率平稳的运动。进给系统除了考虑机械传动元件的设计外，还牵涉到伺服定位控制问题。所以说，本质上进给系统是机电一体化集成系统，系统使加工工件或刀具能依既定的速度、位置、做高精度的移动，参见图1。

图1 控制流程图和系统框架

台达伺服由3闭环结构构成，包括位置外环、速度中环和电流内环，参见图2。台达伺服的强健型简易模式成为台达技术特色。
3.1强健式控制（鲁棒控制--Robust control）
强健式控制使得台达CNC面对快速变化的负载惯量仍然保有优良性能。
强健式控制容忍自身变异的现代控制法则。固定选定的非PI控制器，保持强健稳定及性能。在大范围负载惯量变化，系统依然保有优秀性能。对命令和干扰有不同的补偿控制；阻尼刚性优良，低速转速动特性优良；稳定性完全保证；超调量很小。
3.2高响应频宽
针对于低转速时高增益设定带来高扭力但易引起振荡，而低增益设定又会马达蠕动运转的矛盾，台达CNC利用高取样率 (>15KHz)获得高响应频宽，使得低转速具有高刚性而且非常稳定运转的运行效果。
3.3 达CNC在雕刻机上的增益调试
（1）JOG模式。JOG模式用于脱离上层控制的上机试运转测试与初步惯性比估测，参见图3。

（4）调试注意要点：
·进给速度提高后，伺服系统的追随误差会随速度的提高加大，影响移动件的动态精度（一般均把各轴伺服的增益设成一样大小，特别是X，Y轴），台达的伺服整定时间短，最大限度保护动态精度。
·机台构件有其固有频率，当产生谐振时，噪音，振动，响应受限。利用台达伺服的软件确认谐振点，设软件陷阱消除机械谐振，提升机床应答性 。
·选择合适惯量电机，机床与电机惯量匹配，台达伺服具有强健性控制，对惯量匹配要求大大降低，且自带惯量估测功能，省却复杂计算过程。
·传统手动调试伺副服参数，经验性强，且难以调试到最佳状态，台达伺服提供专用调试软体，不但操作简单且调试效果优良。
4 结束语
目前在CNC雕刻机行业上所占的比重每年都在稳定的上升。系统所具有的优良的品质以及良好的稳定性以及强大的控制功能使得台达伺服系统在高端雕刻机行业上有着广泛的应用前景。