“森创”运动控制器在砂轮切割机床上的应用

1.背景

        当今，很多做设备的生产商自身都拥有一定的机加工能力，可随时按照设计的要求加工各种型材，例如常见的切割和开孔等等。加工方式不外乎人工和车床。由人工进行操作的，不仅费时费力，而且由于人为因素很难保证加工的精度和一致性；而自动化程度较高的车床成本过高，很难在中小规模的设备生产商中普及，因此低成本、高性能、自主化的加工机床必然能够满足一定的市场需要。本文介绍的是和利时电机公司利用自有品牌‘森创’运动控制器SC-D228和伺服电机系统为客户提供的一套经济有效的砂轮切割机床控制方案。

2.挑战

        控制系统和传动系统是影响整台切割机床精度的关键，在为客户提供成套的方案时不但要考虑成本和性能，而且需要满足严格的工序、灵活的加工类型、方便快捷的操作、周密的安全防范等等。

3.方案

         根据加工工艺的要求，传动部分的主轴电机（以下称砂轮电机）采用伺服电机，只需要控制其转速即可。而控制砂轮进退的电机（以下称进给电机），由于其速度要求不高，但精度和刚性要求较高，因此采用伺服电机配减速器带动滚珠丝杠控制。控制部分采用“森创”运动控制器SC-D228。该运动控制器可以控制2个轴，最高脉冲输出频率在10KHz以上，自带LCD显示屏方便人机对话，RS485的通讯方式可直接与伺服系统连接，抗干扰、组网、远距离传输等优势要远远高于一般的运动控制器。与用面板操作进行简单编程的控制器不同的是，“森创”运动控制器SC-D228采用与PLC相同的编程语言，可事先根据客户具体的使用要求在PC机上进行编程后下载到控制器内，打破了一般运动控制器只能应用于单一行业的传统，自主性和通用性更强。上位机采用SC-D228运动控制器，上电后控制进给电机以手动或自动的方式回到原点，等待指令进给到加工工位，满足油压、吸尘、防护罩等加工条件后，启动砂轮电机，开始加工，完成后退回工位等待下一条指令。伺服系统的工作状态，工件夹紧的油缸，整个设备的防护罩等等一系列措施在整个加工过程中需要控制器实时监控，出现问题时及时停车，电机复位。

4.难点

        在设计砂轮切割机的时候，考虑到需要任意修改砂轮电机的转速，因此需要在运动控制器SC-D228的界面上予以显示，并可随时修改。原计划用脉冲的形式控制砂轮电机的转速，考虑到现场的一些需求，最后决定采用运动控制器自带的RS485与主轴伺服直接通讯的方式进行调速，这样不仅控制更加灵活方便，而且摆脱了因修改电子尺轮比相应降低速度控制精度的做法，各部件之间的物理连接也更加简单方便。此外，砂轮电机带动砂轮空转和切割型材时的负载是不同的，在砂轮与型材刚刚接触时，对于伺服电机而言此时负载突变，对电机的冲击最大，得益于“森创”交流伺服电机良好的性能，这个问题得到完美解决。进给轴在从原点到工位，再到切割型材结束，虽然运行速度不同，但整个过程中的位置控制都要求非常精确。上电找原点的过程，保证进给轴的工位始终如一。进给轴采用和利时电机PS系列精密行星齿轮减速器能够保证伺服电机在低速、变负载的情形下保持稳定的速度和位置精度。

5.效益

        事实证明，无论是“森创”运动控制器SC-D228还是其交流伺服和减速器，性能和精度都能够满足精确性要求较高的砂轮切割机床，同时此方案具有非常大的推广价值，可以广泛应用到其它的设备和行业上，比如二维的钻床和磨床，以及喷涂机、拉袋机等等。延伸开来，该控制器还可以再控制一个轴的位置控制，这样将实现最多三个轴的控制，两个轴位置和一个轴速度的控制，应用的领域将更加广泛。 SC-D228做为一款低成本的简易数控系统，高度的自主性、灵活性、稳定性，以及良好的技术支持使其自身具有很大的竞争优势，得到更广泛的应用。

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