【摘要】:本文主要介绍英威腾DA200高性能交流伺服系统全闭环控制功能在高精度外圆磨床上的应用。

【关键字】:英威腾DA200伺服、磨床、全闭环、高精度

1、 磨床设备及工艺简介

1．1  磨床是利用磨具对工作表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石，砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。

设备结构示意图

1. 2  工艺简介

通常磨具旋转为主运动，工作的旋转与移动或磨具的移动为进给运动。磨床因其加工效率高、应用范围广、适应性强、使用成本低、操作安全方便等特点而深受用户亲睐。磨削是一种弹性磨削，是一种具有磨削、研磨、抛光多种作用的复合加工工艺。

2、磨床设备市场简介

目前部分国内企业已能生产较低端的数控刀具磨床，高端数控刀具磨床仍以进口为主。随着国内企业技术的积累，已经大大缩小与国际领先企业之间的差距，国产数控刀具磨床在性价比上的优势开始显现，内需方面进口替代开始加速，出口方面数控刀具磨床比例正在逐步增加，出口开始提速。数控磨床正处在行业景气度上升期。

本行业目前选用的伺服品牌大致有：日本安川∑Ⅱ、∑5系列、三菱J2S、J3、J4系列、台达A2系列交流伺服、英威腾DA200系列交流伺服。数控磨床对交流伺服的要求非常苛刻，100次连续加工重复定位精度误差≤2μm,磨削后的尺寸误差≤1μm，国内磨削加工工况比较恶劣，例如电压不稳、高温高湿、高污染等。由于进口产品价格很高，售后服务很难满足客户的要求，给客户的生产成本、机床信誉、服务质量增加了很多的麻烦和负担。因此客户一直在寻找性价比更高的、服务更及时周到的国产伺服品牌。而英威腾DA200凭借高精度、高响应、全闭环、高性价比的超强性能及定制化服务赢得了客户的认可。

3、应用方案介绍

3．1  全闭环伺服系统与半闭环伺服系统的区别

半闭环是指数控系统发出指令，伺服接受指令，然后执行，在执行的过程中，伺服本身的编码器进行位置反馈给伺服，伺服自己进行偏差修正，伺服本身误差可避免，但是机械误差无法避免，因为数控系统不知道。

全闭环是指伺服接受指令，然后执行，执行的过程中，在机械装置上有位置反馈的装置，直接反馈给数控系统，数控系统通过比较，判断出与实际偏差，给伺服指令，进行偏差修正。

3．2  全闭环的重要部件——光栅尺

光栅尺，也称为光栅尺位移传感器（光栅尺传感器），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。

3. 3  半闭环磨床的控制方案

丝杆有导程间隙，来回加工运行不确定的误差一直在。

机械传动运行时间越长，磨损越厉害，加工不确定误差也会在增大。

3．4  INVT磨床控制方案

3．4．1 系统配置图

3．4．2电气选型配置

3．4．3方案优势

3．4．3．1.支持外接负载端安装的光栅尺，实现全闭环控制，降低机械传动背隙影响，更加确保机器终端定位精度。

3．4．3．2直接测量外部负载行程，有效地克服了由于机械磨损造成的传动误差加大的困扰。

4、伺服调试及参数设置

4．1  伺服接线图

4．2  控制线信号接线

控制模块为NPN型(共阴极) 

若不需要方向信号，只需接38脚OCP接24V+和24脚PULSE-接PLC脉冲输出。

4．3   伺服参数设置表

4．4 USB通信的在线示波器通道波形

4．5  伺服调试主要步骤：

4．5．1.  模式设置为全闭环，P0.03=6. 

4．5．2.  设置正确的电子齿轮比；P0.22设置为0. 电机为17位绝对值，外部光栅尺分频分子P4.60设置为 131072.电机转一圈同时丝杆行进一圈行程为5mm,光栅尺的分辨率为1um,外部光栅尺分频分母P4.61设置为5000. 

4．5．3.  学习好惯量，打开在线惯量整定有效，P1.00=1.使P1.01与观测值基本相符，否则，继续学。

4．5．4.  将增益调高，此机刚性P1.03调到17.

4．5．5   开关量配置：DI1为反向驱动禁止，DI2为正向驱动禁止。p3.40=1.DI6为使能，DO3为故障输出。

4．6  伺服常见问题及处理

全闭环各种场合应用如果不恰当容易飞车，首先P4.62设置光栅尺方向须与伺服电机一致，若不一样，需要方向取反，否则会飞车。此外，还可将p4.33位置超差脉冲范围设小到合适值，默认值为100000.同时最大速度限制P4.31也可以设置限到合适的值。这样可以防止误操作引发的飞车，比如使能断了，上位还一直在发脉冲，超过p4.33伺服就报警了。从而防止一加上使能就会飞车的现象。

5、方案总结：

a)  重复定位精度为2um以内，达到了客户的要求。

b)  与半闭环控制相比，半闭环新机机械无磨损，虽然可以通过补偿来克服丝杆导程间隙，但是时间长了，磨损度不确定，加工误差加大，而全闭环系统很好的解决了这个硬伤问题，为客户创造最大的价值。

c)  全闭环功能使得DA200在运动精度、输出柔性、速度和加速度控制优势十分明显，一举打破了进口伺服的坚冰,成为行业翘楚。

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关于英威腾：

英威腾，成立于2002年，致力于成为全球领先、受人尊敬的工业自动化和能源电力领域的产品与服务提供者，2010年在深交所A股上市，股票代码：002334。英威腾是国家火炬计划重点高新技术企业，目前拥有16家控股子公司，分驻于全国的12大研发中心，申请各类专利800多件，依托于电力电子、电气传动、自动控制、信息技术等关键技术，主要产品涵括高中低压变频器、电梯智能控制系统、伺服系统、PLC、HMI、SVG、UPS、电机和电主轴、光伏逆变器、轨道交通牵引系统、新能源汽车电控系统等。英威腾现有员工2500多人，大型生产基地3个，营销网络遍布国内及海外60多个国家和地区。