王鵬云 邢邦旭

摘要：伺服驅(qū)動(dòng)器是現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人及數(shù)控加工中心等自動(dòng)化設(shè)備中。尤其是應(yīng)用于在車床的主軸結(jié)構(gòu)中的伺服驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)于整個(gè)伺服控制系統(tǒng)，特別是速度控制性能的發(fā)揮，減少增速時(shí)間，提高機(jī)床剛性可以起到關(guān)鍵作用。

關(guān)鍵詞：主伺服;PLC接口信號(hào);梯形圖

1? 伺服系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)控車床的主軸應(yīng)用是：第一是由三相進(jìn)線過(guò)交流斷路器，在進(jìn)接觸器供給實(shí)現(xiàn)給驅(qū)動(dòng)器供電。第二是驅(qū)動(dòng)器在降速時(shí)采用能能耗制動(dòng)，故需連接外部電阻。第三是驅(qū)動(dòng)器的控制環(huán)節(jié)：使能，報(bào)警，速度到達(dá)，模擬量等信號(hào)需由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出傳遞給驅(qū)動(dòng)器。第四是驅(qū)動(dòng)器提供三相輸出連接主伺服電機(jī)，并提供編碼器接口連接伺服電機(jī)。在實(shí)際使用過(guò)程中為降低成本，并提高生產(chǎn)效率故而省去接觸器開(kāi)斷，上電即驅(qū)動(dòng)器得電。（此結(jié)構(gòu)在實(shí)際生產(chǎn)中已經(jīng)應(yīng)用很多臺(tái)，并且驅(qū)動(dòng)器可以正常使用并無(wú)不好影響）

1.1 硬件介紹

首先本例應(yīng)用于CAK36系列中，機(jī)床主電機(jī)功率為5.5KW，所以斷路器根據(jù)歐瑞提供需求至少需要18A以上規(guī)格，故本設(shè)計(jì)選取性價(jià)比稍高的正泰DZ47-60D//3P25A;驅(qū)動(dòng)器為SD-20/M4型，對(duì)應(yīng)電阻選擇參照?qǐng)D3，選擇40歐姆/1000W;電機(jī)風(fēng)扇為1.0kW，輸入電壓為兩相220V，故風(fēng)扇斷路器選擇DZ47-60D//2P5A。

1.2 控制環(huán)節(jié)介紹

在控制環(huán)節(jié)方面，由于FANUC系統(tǒng)自身的主伺服控制方式為現(xiàn)場(chǎng)總線形式，其總線并不對(duì)其他伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)放，所以在調(diào)速方面只能選擇模擬量調(diào)速形式，所以選擇FANUC的JA40端口輸出0-10V模擬量調(diào)速傳遞給伺服CN3的DB端子23和24腳（“23”腳為固定端子：模擬量輸入信號(hào)，“24”腳同樣也為固定端子：模擬量輸入信號(hào)參考端點(diǎn)），配合選擇Y2.0和Y2.1作為真反轉(zhuǎn)輸出（輸出控制KA5，KA6開(kāi)閉點(diǎn)將內(nèi)生24V傳遞給驅(qū)動(dòng)器正反轉(zhuǎn)控制點(diǎn)），并且需要報(bào)警點(diǎn)和速度到達(dá)點(diǎn)，故而取輸入X9.2和X9.3（同時(shí)更改Po423與Po425為D13和D16，這里“1”表示為輸出高電平，“3”表示為速度到達(dá)信號(hào)選擇，“6”表示為伺服報(bào)警信號(hào)選擇）。歐瑞伺服在啟動(dòng)和停止時(shí)需要增加伺服使能信號(hào)，其與國(guó)外知名變頻器相比，此信號(hào)點(diǎn)需要增加一點(diǎn)，但是在控制方面并無(wú)高速輸入要求，僅需24V/0.1A即可，所以直接將使能BY4接于分線器傳遞給FANUC的I/O輸出點(diǎn)Y3.7上（詳見(jiàn)圖1）。

1.3 端子定義

由于歐瑞伺服SD-20系列是多功能伺服驅(qū)動(dòng)器，面向工作環(huán)境很開(kāi)放，所以控制環(huán)節(jié)其端子定義即為自由式，需要自主選擇，本例中需要選擇的信號(hào)為：伺服使能輸入（定義BY4，端子DI1/Po407）;模擬量速度正轉(zhuǎn)（定義BY4，端子DI6/Po412）;模擬量速度反轉(zhuǎn)（定義RR，端子DI7/Po413）;速度到達(dá)（定義SAR，端子DO3/Po423）;伺服報(bào)警輸出（FLT，端子ALM/Po425）。

2? 數(shù)控系統(tǒng)控制輸出

本例是在CAK36系列機(jī)床基礎(chǔ)上替換原來(lái)變頻器，故而在控制環(huán)節(jié)依然延續(xù)使用其邏輯控制（CAK36系列機(jī)床主軸方面為單軸無(wú)極變速控制），所以梯圖的編程是在原有基礎(chǔ)上增減補(bǔ)益，其原控制梯圖邏輯如圖2（此圖僅僅為單主軸控制環(huán)節(jié)，故而刪除其原來(lái)已有的嵌入內(nèi)部的換擋梯圖，僅保留與本例相關(guān)部分）。

注：在本例中M03：程序設(shè)定的主軸正轉(zhuǎn)，M04：程序設(shè)定的主軸反轉(zhuǎn)，SCCW：手動(dòng)反轉(zhuǎn)，SCW：手動(dòng)正轉(zhuǎn)，RST：復(fù)位，G*ESP：急停，SCW-1主軸正轉(zhuǎn)輸出，SCCW-2主軸反轉(zhuǎn)輸出。在速度到達(dá)信號(hào)處理上采用延時(shí)傳遞給G29.4信號(hào)（此信號(hào)是在進(jìn)給切屑是使用，即為速度到達(dá)程序設(shè)定好信號(hào)后系統(tǒng)才發(fā)出G01，G02等切屑指令），在報(bào)警上采用的是報(bào)警提示并急停處理，參考如圖3。

由于歐瑞SD-20驅(qū)動(dòng)器在主軸啟動(dòng)之前和停止之后都需要提供主軸使能信號(hào)，所以在梯圖輸出上需要做處理，而為了不影響原有機(jī)床的邏輯關(guān)系又能合理輸出，故而取主軸正反信號(hào)先輸出在使能輸出的原則編寫(xiě);參考如圖4;以上邏輯關(guān)系在實(shí)際使用當(dāng)中出現(xiàn)上電開(kāi)機(jī)主軸自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的情況，其實(shí)際原因?yàn)槔瓟郣203.7線圈的點(diǎn)位之前附加一個(gè)延時(shí)導(dǎo)通繼電器的，此繼電器是為延時(shí)停車使用，但是此時(shí)確造成了安全隱患，所以為保證安全故在使能Y3.7輸出之前加入上電拉斷開(kāi)點(diǎn)，此點(diǎn)取FANUC自帶R0.1（上電后常1），延時(shí)導(dǎo)通R9.1，參考如圖4。

3? 伺服驅(qū)動(dòng)器調(diào)試及其參數(shù)調(diào)整

歐瑞將電機(jī)參數(shù)直接固化到軟件中，所以只需進(jìn)行參數(shù)自學(xué)習(xí)、慣量識(shí)別即可。但是在自學(xué)習(xí)之前一些硬性參數(shù)必須先設(shè)定好：①Po001取值D13即為模擬量控制，②Po002取值3000（主電機(jī)最高轉(zhuǎn)速），因?yàn)镃AK36系列主軸與電機(jī)傳動(dòng)比為1：1.5，其主軸最大限速為2000，故3000×2/3=2000，③Po010取值5即為驅(qū)動(dòng)器使用電機(jī)編碼器接受轉(zhuǎn)速。參數(shù)自學(xué)習(xí)前先將加減速Po109、Po110改為200，參數(shù)整定完成后再恢復(fù)回原來(lái)的：?jiǎn)尉幋a器Po109=20、Po110=100;雙編碼器Po109=10、Po110=60，完成以上步驟后即可進(jìn)行自學(xué)習(xí)。

4? 結(jié)束語(yǔ)

主軸伺服系統(tǒng)目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于數(shù)控車機(jī)床的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，但是原知名數(shù)控系統(tǒng)品牌的主伺服系統(tǒng)往往價(jià)格偏貴，為了降低成本還提高機(jī)床性能，使用國(guó)內(nèi)知名品牌主伺服配合主流數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)成為了潮流目標(biāo)，本文的結(jié)構(gòu)及控制思路還有不足之處：①在主軸定位由于受限于數(shù)控系統(tǒng)的協(xié)議開(kāi)放程度而不能實(shí)現(xiàn)C軸功能，②主軸原點(diǎn)定位原理上其實(shí)可以通過(guò)記憶電機(jī)脈沖并寫(xiě)進(jìn)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部可以實(shí)現(xiàn)，但是在實(shí)際生產(chǎn)中由于機(jī)床沒(méi)有安裝同步帶輪和剎車盤(pán)結(jié)構(gòu)，會(huì)出現(xiàn)定位跑偏現(xiàn)象，故對(duì)此并未設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]FANUC 0i-TF連接說(shuō)明書(shū)（功能）.

[2]PA1/SA1/SA3 梯形圖語(yǔ)言編程說(shuō)明書(shū).

[3]SA1/SB7梯形圖語(yǔ)言補(bǔ)償編程說(shuō)明書(shū).

[4]SD-20系列使用手冊(cè).