台达A系列伺服在快速成形机上的应用

摘 要：介绍了台达A系列伺服控制器在MEM300快速成形机上的应用，MEM300快速成形机的工艺特点和台达伺服参数手动调整和自动调整的使用。

1 引言
90年代开始，市场环境发生了巨大的变化。消费者的需求更加的个性化和多样化；制造商们不但要快速的设计出符合人们消费要求的产品，还要很快的生产制造出来。因此，一个新兴的快速成型技术逐步的形成并得以快速的发展。台达伺服利用它的高性能和快速精确的定位等功能，在快速成形机的X轴和Y轴的快速定位中得以应用和发展。

2 快速成型的原理
快速成形技术（快速原形技术，简称RP）是九十年代发展起来的一项先进制造技术，RP是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。
快速成形技术基于计算机辅助设计及制造技术、逆向工程技术、分层制造技术、材料去除成型、材料增加成形技术的集成；快速成形其基本过程是：首先设计出所需零件的计算机三维模型（数字模型、CAD模型），然后根据工艺要求，按照一定的规律将该模型离散为一系列有序的单元，通常在Z向将其按一定厚度进行离散（习惯称为分层），把原来的三维CAD模型变成一系列的层片；再根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，自动生成数控代码；最后由成形系统成形一系列层片并自动将它们联接起来，得到一个三维物理实体。快速成型的工作流程如图1示。


图1快速成型的工作流程

3 MEM300快速成形机的工艺特点
（1）简要原理。MEM300快速成形机是通过CARK系统软件生成的STL格式的文件，转换的加工代码传递给PMAC控制卡（美国Delta Tau公司运动控制卡），由PMAC控制卡发出两路5V的开集极的脉冲信号给X、Y轴台达伺服控制器，台达伺服控制伺服电机，伺服电机通过精密滚珠丝杠带动挤压喷射喷头实现堆积三维物理实体的过程。

（2）MEM300快速成形机的特点。设备是以数控机床原理设计，刚性好，运行平稳；X、Y轴采用台达A系列伺服电机驱动，精密滚珠丝杠传动，精密滚珠直线导轨导向；特有填充路径网格优化设计技术，使原型表面质量更高；系统软件可以对STL格式原文件实现自动检验、修补功能；丝材宽度自动补偿技术，保证零件精度；丝材成型后的可打磨性好，易于后期精加工；挤压喷射喷头无流涎、高响应；高质量元器件及传感系统，具报警装置，可靠性高，可长时间 连续运行；精密微泵增压系统控制的远程送丝机构，确保送丝过程持续、稳定；快速切换喷嘴结构，便于保养、维修及更换。

4 台达伺服控制器的快速成形机
4.1伺服控制器和PMAC卡的连接
PMAC卡和台达伺服控制器的连接方式有两种：半闭环连接和全闭环连接。
（1）半闭环的连接：PMAC卡输出的脉冲信号是带5V电源的开集极。台达伺服脉冲信号是使用外部电源的开集极的接线方式，36、43是脉冲正和方向正信号的管角，41是脉冲负信号的管角，37是方向负信号的管角；17和11短接、45和9短接是为了上电就让伺服电机励磁。接线方式如图2所示。


图2半闭环的连接

全闭环的连接：PMAC卡输出的脉冲信号和台达伺服的脉冲信号和伺服ON等的接线方式同半闭环的接线方式一样；不同的是全闭环方式将台达伺服电机反馈给伺服控制器的编码器信号，再反馈给上位机PMAC卡进行控制；其中21是A相＋信号、22是A相－信号、25是B相＋信号、23是B相－信号、50是Z相＋信号、24是Z相－信号；接线方式如图3所示。


图3全闭环的连接

4.2台达伺服控制器的调试
（1）手动调试：在整个系统的机械安装和电器的连接完毕后，首先利用上位系统或台达伺服所具有的手动控制方式，同时将所有伺服的参数P0-02设置成14，让机构的X轴和Y轴进行往复的运动，在伺服的显示屏上会显示伺服在此机构上面应用的转动惯量JL/JM，我们利用台达伺服的调试小软件GAIN.EXE，将伺服显示的转动惯量JL/JM和我们通过调试计算出来的响应频宽B.W输入的GAIN.EXE软件中，在快速成形机中我们测试伺服的转动惯量JL/JM是2.5、响应频宽B.W是80-100，计算出来我们需要的参数，把这些参数手动输入的伺服控制器中，快速成形机即可正常运行。

（2）自动调试：这种调试比手动要简单了，首先也要像手动那样先将转动惯量JL/JM：2.5测试出来，把这个值输入到参数P1-37中，再把参数P2-31设置成54、P2-32设置成5，这样快速成形机就可以正常运行了。
手动调整比自动调整要精确的多，可以通过多次的加工测试来测试出一组最适合整个机构的参数；但是手动调整的时间要比较长，花费的工期也比较多，同时在成批量生产的过程中，伺服参数的输入等也都非常的不方便；台达A系列伺服的高性能、整定时间短、在快速成形机应用中的调频参数比较宽等等，所以我们在快速成形机的正常应用中使用自动调整比较多一点。

（3）台达伺服在快速成形机中应用需要更改的参数即参数的说明：
P0-02:14=驱动器的状态的显示；用来显示机构的转动惯量；P1-37:2.5=伺服电机的负载惯量比；在自动模式下用来设定伺服电机的负载惯量比；P1-44:2=电子齿轮比的分子；使伺服电机带动的滚珠丝杠等机构运动的距离与上位机要求的距离相同；P2-00:157=位置控制增益；主要控制伺服位置环回路的应答性；P2-04:2189=速度控制增益；主要控制伺服速度环回路的应答性；P2-06:100=速度积分补偿；控制伺服电机、机构的固定偏差和整个机构的抖动；P2-25:2=共振抑制低通滤波；用来设定共振抑制低通滤波的时间常数；P2-26:51=外部干扰抵抗增益；用来增加对外力的抵抗能力并降低加减速的过冲现象；P2-31:54=自动及简易模式设定；在自动模式时用来设定响应的频宽；P2-32:5=增益调整方式；设定伺服的调整模式为PDFF自动模式即负载惯量比固定，伺服的响应频宽可调整。

5 结束语
快速成形机是一种具有广泛应用前景的正在不断完善的高新技术机械设备。随着市场竞争的日趋激烈，该设备将会被越来越多的企业所应用，对企业的发展，发挥越来越重要的作用，并将给企业带来巨大的经济效益。同时，快速成形机的市场竞争也越来越激烈，台达伺服利用它的高性价比在快速成形机上得以应用，同时也一定会有非常广泛的发展空间。