1 引言
　　隨著中國制造業(yè)品牌建設工程的啟動蚪教，五金共吞、廣告制品等行業(yè)對高速高精度雕刻機的需求與日俱增。例如在經濟發(fā)達的華東地區(qū)市場需求達到幾千臺高速高精度雕刻機畅镐。高速高精度雕刻機設備日益成為CNC（計算機數(shù)字控制）技術的應用領域铡急。
　　雕刻機是用于廣告、模具類產品生產加工專用加工設備践桂。由于產品的市場變化比較頻繁格你，所以雕刻機不但要求一次性采購價格以及初始功能，還要求產品的升級應用能力铲蒸。市場的需求是變幻無常的朴沿，只有具有領先的技術開發(fā)能力和升值潛力的產品，才能延長產品的使用壽命授艰，開拓產品的使用范圍辨嗽。

2 CNC雕刻機進給系統(tǒng)
　　2.1 進給系統(tǒng)簡介
　　CNC雕刻機進給系統(tǒng)主要任務是將滑動件（工作臺或主動頭、立柱等）沿著導軌淮腾，依指令速率平穩(wěn)的運動糟需。進給系統(tǒng)除了考慮機械傳動元件的設計外，還牽涉到伺服定位控制問題谷朝。所以說洲押，本質上進給系統(tǒng)是機電一體化集成系統(tǒng)武花，系統(tǒng)使加工工件或刀具能依既定的速度、位置杈帐、做高精度的移動体箕，參見圖1。

圖1 控制流程圖和系統(tǒng)框架

而一臺好的CNC雕刻機要具備穩(wěn)定性好挑童、精度高以及快速響應的特性累铅。那么，要實現(xiàn)這樣的條件站叼，要考慮到的重要的環(huán)節(jié)就是：慣量匹配和進給系統(tǒng)剛性問題禽岭。
　　2.2 機械慣量與強健(魯棒)控制
　　傳動慣量對伺服系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性普毙，動態(tài)響應都有影響艘励，慣量大，系統(tǒng)的機械常數(shù)大捍骇，響應慢紧燎，會使系統(tǒng)的固有頻率下降，容易產生諧振猬蚤，因而限制了伺服帶寬戒款，影響了伺服精度和響應速度。因此执寺，機械設計時在不影響系統(tǒng)剛度的條件下区孩，應盡量減小機械慣量并注意慣量匹配，從而選擇合適慣量大小電機洞惕，并得出慣量比刑嚷。
　　進給系統(tǒng)所需力矩T = 系統(tǒng)傳動慣量J × 角加速度θ；進給軸的總慣量J＝伺服電機的旋轉慣性JM ＋ 電機軸換算的負載慣性JL竟坛。那么CNC雕刻機進給系統(tǒng)慣量是如何匹配的呢闽巩？衡量機械系統(tǒng)的動態(tài)特性時，慣量越小担汤，系統(tǒng)的動態(tài)特性反應越好涎跨；慣量越大，馬達的負載也就越大崭歧，越難控制隅很，但機械系統(tǒng)的慣量需和馬達慣量相匹配才行。不同的機構率碾，對慣量匹配原則有不同的選擇叔营，且有不同的作用表現(xiàn)。CNC雕刻機通過伺服電機作高速切削時所宰，當負載慣量增加時绒尊，會發(fā)生如下情況：
　⌒蠡印（1）控制指令改變時，馬達需花費較多時間才能達到新指令的速度要求婴谱；
　⌒返（2）當機臺沿二軸執(zhí)行弧式曲線快速切削時，會發(fā)生較大誤差薛苫。
　　而一般伺服電機通常狀況下，當JL ≦ 3JM,則上面的問題不會發(fā)生拉鳄；當JL ≧5× JM排貌，馬達的可控性會明顯下降，在高速曲線切削時表現(xiàn)突出凳福。對此投谅，臺達伺服引入了強健（魯棒）控制则钩，能容忍很大的慣量變化蘑劲，對慣量比的要求大大降低。  
　　2.3 機電剛性與強健控制
　　進給系統(tǒng)的剛性是指受到負載時檀巡，進給系統(tǒng)抵抗變形的能力似魄。數(shù)控進給系統(tǒng)剛性可以分為機械系統(tǒng)的機械剛性和伺服系統(tǒng)的伺服剛性。
　∫硕鳌（1）機械系統(tǒng)剛性作姐。進給系統(tǒng)機械剛性是指螺桿等機械元件產生單位變形所需的作用力，反映了機械元件抵抗變形的能力泛范。機械（靜）剛性的定義：
　　K=F/△X（kgf/um）; 式中F：作用力（kgf）让虐；△X：變形量（um）
　　（2）伺服系統(tǒng)剛性指整個進給伺服系統(tǒng)罢荡，即以控制器到工作臺表現(xiàn)出來抵抗負載干擾帶來位置偏差的能力赡突。伺服系統(tǒng)剛性更顯重要，而臺達伺服采用強角浴（魯棒）控制惭缰，抵抗負載變化干擾能力突出。

3 臺達伺服系統(tǒng)應用

圖2 臺達伺服的三環(huán)結構

臺達伺服由3閉環(huán)結構構成笼才，包括位置外環(huán)从媚、速度中環(huán)和電流內環(huán)，參見圖2患整。臺達伺服的強健型簡易模式成為臺達技術特色拜效。
　　3.1強健式控制（魯棒控制--Robust control）
　　強健式控制使得臺達CNC面對快速變化的負載慣量仍然保有優(yōu)良性能。
　　強健式控制容忍自身變異的現(xiàn)代控制法則各谚。固定選定的非PI控制器紧憾，保持強健穩(wěn)定及性能到千。在大范圍負載慣量變化，系統(tǒng)依然保有優(yōu)秀性能块生。對命令和干擾有不同的補償控制稻诚；阻尼剛性優(yōu)良，低速轉速動特性優(yōu)良廓蒜；穩(wěn)定性完全保證辖狞；超調量很小。
　　3.2高響應頻寬
    針對于低轉速時高增益設定帶來高扭力但易引起振蕩奴妈，而低增益設定又會馬達蠕動運轉的矛盾孩置，臺達CNC利用高取樣率 (>15KHz)獲得高響應頻寬，使得低轉速具有高剛性而且非常穩(wěn)定運轉的運行效果窃愿。

圖3 JOG慣量測試控制流程圖

（2）自動增益模式。自動增益模式用于持續(xù)調整溺瘩，參見圖4锥惋。

圖4 自動增益模式控制流程圖

（3）手動增益調整（位置模式）參見圖5。

圖5 手動增益調整控制流程圖

（4）調試注意要點：
　　·進給速度提高后开伏，伺服系統(tǒng)的追隨誤差會隨速度的提高加大净刮，影響移動件的動態(tài)精度（一般均把各軸伺服的增益設成一樣大小，特別是X硅则，Y軸）淹父，臺達的伺服整定時間短，最大限度保護動態(tài)精度怎虫。
　　·機臺構件有其固有頻率暑认，當產生諧振時，噪音大审，振動蘸际，響應受限。利用臺達伺服的軟件確認諧振點徒扶，設軟件陷阱消除機械諧振粮彤，提升機床應答性  。
　　·選擇合適慣量電機姜骡，機床與電機慣量匹配蓝漏，臺達伺服具有強健性控制，對慣量匹配要求大大降低勃经，且自帶慣量估測功能吭匀，省卻復雜計算過程食云。
　　·傳統(tǒng)手動調試伺副服參數(shù)，經驗性強螺城，且難以調試到最佳狀態(tài)痒池，臺達伺服提供專用調試軟體，不但操作簡單且調試效果優(yōu)良躬伐。
　　4　結束語
　　目前在CNC雕刻機行業(yè)上所占的比重每年都在穩(wěn)定的上升凉陌。系統(tǒng)所具有的優(yōu)良的品質以及良好的穩(wěn)定性以及強大的控制功能使得臺達伺服系統(tǒng)在高端雕刻機行業(yè)上有著廣泛的應用前景。

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