本文主要介紹了上海御能動力H600高精度伺服系統(tǒng)作為進給驅(qū)動在立式加工中心上的應用解決方案察颅。

1倦蚪、立式加工中心

立式加工中心是指主軸為垂直狀態(tài)的加工中心隘擎，其結(jié)構(gòu)形式多為固定立柱碉碉，工作臺為長方形探孝，無分度回轉(zhuǎn)功能，適合加工盤誉裆、套迈堂、板類零件，它一般具有三個直線運動坐標軸捶卧，并可在工作臺上安裝一個沿水平軸旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)臺耀佣，用以加工螺旋線類零件。

立式加工中心裝卡方便疲飘，便于操作钳雄，易于觀察加工情況，調(diào)試程序容易婴悠，應用廣泛匀枪。

2、加工中心技術(shù)要求

3罐闰、伺服與上位機的接線示意圖

上位機跟伺服驅(qū)動器之間只靠一根工業(yè)網(wǎng)線通過ETHERCAT通訊來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與反饋凿栅，接線簡單，同步性高噪芭，速率快涝露。

4.1H600伺服所應用的EtherCAT通訊

EtherCAT是開放的實時以太網(wǎng)絡通訊協(xié)議，最初由德國倍福自動化有限公司(Beckhoff Automation GmbH) 研發(fā)楞艾。EtherCAT為系統(tǒng)的實時性能和拓撲的靈活性樹立了新的標準参咙，同時，它還符合甚至降低了現(xiàn)場總線的使用成本硫眯。EtherCAT的特點還包括高精度設(shè)備同步蕴侧，可選線纜冗余择同，和功能性安全協(xié)議(SIL3)。

運行原理：

通過采用EtherCAT技術(shù)净宵， Beckhoff突破了其它以太網(wǎng)解決方案的這些系統(tǒng)限制：不必再像從前那樣在每個連接點接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包敲才，然后進行解碼并復制為過程數(shù)據(jù)。當幀通過每一個設(shè)備（包括底層端子設(shè)備）時塘娶，EtherCAT從站控制器讀取對于該設(shè)備十分重要的數(shù)據(jù)归斤。同樣，輸入數(shù)據(jù)可以在報文通過時插入至報文中刁岸。在幀被傳遞 （僅被延遲幾位）過去的時候脏里，從站會識別出相關(guān)命令，并進行處理虹曙。此過程是在從站控制器中通過硬件實現(xiàn)的迫横，因此與協(xié)議堆棧軟件的實時運行系統(tǒng)或處理器性能無關(guān)。網(wǎng)段中的最后一個EtherCAT從站將經(jīng)過充分處理的報文返回露您，這樣該報文就作為一個響應報文由第一個從站返回到主站飘缨。

端子實現(xiàn)以太網(wǎng)： 系統(tǒng)的每個設(shè)備都保證使用完整的以太網(wǎng)協(xié)議，甚至每個I/O端子亦如此烙欧，無需使用子總線很洽。只需將耦合器的傳輸介質(zhì)由雙絞線（100baseTX）轉(zhuǎn)換為E總線即可滿足電子端子排的要求。端子排內(nèi)的E總線信號類型（LVDS）并不是專用的耙侵，它還可用于10千兆位以太網(wǎng)川痛。在端子排末端，物理總線特性被轉(zhuǎn)換回 100baseTX 標準宝庵。

標準以太網(wǎng)MAC或便宜的標準網(wǎng)卡（NIC）足以作為控制器中的硬件使用都炮。DMA（直接存儲器存取）用于將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C植碳。這意味著網(wǎng)絡訪問對CPU性能沒有影響听谓。在Beckhoff多端口卡中運用了相同的原理，它在一個PCI插槽中捆綁最多4個以太網(wǎng)通道雳唧。

協(xié)議： EtherCAT協(xié)議針對過程數(shù)據(jù)進行了優(yōu)化血庐，它被直接傳送到以太網(wǎng)幀，或被壓縮到UDP/IP數(shù)據(jù)報文中蛮放。UDP協(xié)議在其它子網(wǎng)中的 EtherCAT網(wǎng)段由路由器進行尋址的情況下使用缩抡。以太網(wǎng)幀可能包含若干個EtherCAT 報文，每個報文專門用于特定存儲區(qū)域包颁，該存儲區(qū)域可編制大小達4GB的邏輯過程鏡像。由于數(shù)據(jù)鏈獨立于EtherCAT端子物理順序压真，因此可以對EtherCAT端子進行任意編址娩嚼。從站之間可進行廣播蘑险、多點傳送和通訊。

除了符合主站/從站原理的數(shù)據(jù)交換外岳悟，EtherCAT還非常適用于控制器之間（主站/主站）的通訊佃迄。可自由編址的過程數(shù)據(jù)網(wǎng)絡變量以及各種參數(shù)化贵少、診斷呵俏、編程和遠程控制服務，可以滿足眾多要求滔灶。用于主站/從站和主站/主站通訊的數(shù)據(jù)接口是相同的普碎。

性能： EtherCAT在網(wǎng)絡性能上達到了一個新的高度。1000個分布式I/O數(shù)據(jù)的刷新周期僅為30μs拿翠，其中包括端子循環(huán)時間陡顶。通過一個以太網(wǎng)幀，可以交換高達1486字節(jié)的過程數(shù)據(jù)允合，幾乎相當于12000個數(shù)字量I/O段鲜。而這一數(shù)據(jù)量的傳輸僅用300μs。

與100個伺服軸的通訊只需100μs泌盒。在此期間潦寂，可以向所有軸提供設(shè)置值和控制數(shù)據(jù)，并報告它們的實際位置和狀態(tài)筛密。分布式時鐘技術(shù)保證了這些軸之間的同步時間偏差小于1微秒捡路。

利用 EtherCAT 技術(shù)的優(yōu)異性能，可以實現(xiàn)用傳統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)所無法實現(xiàn)的控制方法暑锈。這樣糊批，通過總線也可以形成超高速控制回路。以前需要本地專用硬件支持的功能現(xiàn)在可在軟件中加以映射哀卿。巨大的帶寬資源使狀態(tài)數(shù)據(jù)與任何數(shù)據(jù)可并行傳輸叛赚。EtherCAT技術(shù)使得通訊技術(shù)與現(xiàn)代高性能的工業(yè)PC相匹配』遥總線系統(tǒng)不再是控制理念的瓶頸俺附。分布式I/O的數(shù)據(jù)傳遞超過了只能由本地I/O接口才能實現(xiàn)的性能。

4.2現(xiàn)場電控柜結(jié)構(gòu)圖片

試機過程中為考驗伺服驅(qū)動器散熱不良的環(huán)境下工作溪掀，故意將其安裝緊靠在一起事镣，長時間運行，在散熱不良的環(huán)境下運行揪胃，H600璃哟，試機結(jié)果沒有任何問題。

4.3加工工件圖片

加工工件表面光潔度很好喊递，并且沒有象限凸起（在圓弧插補過程中随闪，由于XY軸過象限交點而引起的表面象限楞凸起）的痕跡阳似。整個圓弧插補的過程，XY軸伺服進給高響應性的結(jié)果铐伴。

H600伺服在立式加工中心上的應用撮奏，與上位機通過通過采用EtherCAT技術(shù)， Beckhoff突破了其它以太網(wǎng)解決方案的這些系統(tǒng)限制当宴，在網(wǎng)絡性能上達到了一個新的高度珠校。也正因為此，工件在加工過程中由于各軸的高度同步性栓授，加工效果络蟋，非常的令人驚嘆，這將是機床加工領(lǐng)域驅(qū)動進給方向的一個新的突破勤友。

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