臺達A系列伺服在快速成形機上的應(yīng)用

摘  要：介紹了臺達A系列伺服控制器在MEM300快速成形機上的應(yīng)用，MEM300快速成形機的工藝特點和臺達伺服參數(shù)手動調(diào)整和自動調(diào)整的使用。

關(guān)鍵詞：快速成形  臺達伺服

　　90年代開始，市場環(huán)境發(fā)生了巨大的變化。消費者的需求更加的個性化和多樣化；制造商們不但要快速的設(shè)計出符合人們消費要求的產(chǎn)品，還要很快的生產(chǎn)制造出來。因此，一個新興的快速成型技術(shù)逐步的形成并得以快速的發(fā)展。臺達伺服利用它的高性能和快速精確的定位等功能，在快速成形機的X軸和Y軸的快速定位中得以應(yīng)用和發(fā)展。

　　快速成形技術(shù)（快速原形技術(shù)，簡稱RP）是是九十年代發(fā)展起來的一項先進制造技術(shù)，RP是為制造業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)的一項關(guān)鍵共性技術(shù), 對促進企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品競爭力有積極的推動作用。自該技術(shù)問世以來，已經(jīng)在發(fā)達國家的制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，并由此產(chǎn)生一個新興的技術(shù)領(lǐng)域。
　　快速成形技術(shù)基于計算機輔助設(shè)計及制造技術(shù)、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、材料去除成型、材料增加成形技術(shù)的集成；快速成形其基本過程是：首先設(shè)計出所需零件的計算機三維模型（數(shù)字模型、CAD模型），然后根據(jù)工藝要求，按照一定的規(guī)律將該模型離散為一系列有序的單元，通常在Z向?qū)⑵浒匆欢ê穸冗M行離散（習(xí)慣稱為分層），把原來的三維CAD模型變成一系列的層片；再根據(jù)每個層片的輪廓信息，輸入加工參數(shù)，自動生成數(shù)控代碼；最后由成形系統(tǒng)成形一系列層片并自動將它們聯(lián)接起來，得到一個三維物理實體?？焖俪尚偷墓ぷ髁鞒倘鐖D1示。

圖1快速成型的工作流程

 

（1）簡要原理。MEM300快速成形機是通過CARK系統(tǒng)軟件生成的STL格式的文件，轉(zhuǎn)換的加工代碼傳遞給PMAC控制卡（美國Delta Tau公司運動控制卡），由PMAC控制卡發(fā)出兩路5V的開集極的脈沖信號給X、Y軸臺達伺服控制器，臺達伺服控制伺服電機，伺服電機通過精密滾珠絲杠帶動擠壓噴射噴頭實現(xiàn)堆積三維物理實體的過程。

（2）MEM300快速成形機的特點。設(shè)備是以數(shù)控機床原理設(shè)計，剛性好，運行平穩(wěn)；X、Y軸采用臺達A系列伺服電機驅(qū)動，精密滾珠絲杠傳動，精密滾珠直線導(dǎo)軌導(dǎo)向；特有填充路徑網(wǎng)格優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，使原型表面質(zhì)量更高；系統(tǒng)軟件可以對STL格式原文件實現(xiàn)自動檢驗、修補功能；絲材寬度自動補償技術(shù)，保證零件精度；絲材成型后的可打磨性好，易于后期精加工；擠壓噴射噴頭無流涎、高響應(yīng)；高質(zhì)量元器件及傳感系統(tǒng)，具報警裝置，可靠性高，可長時間連續(xù)運行；精密微泵增壓系統(tǒng)控制的遠程送絲機構(gòu)，確保送絲過程持續(xù)、穩(wěn)定；快速切換噴嘴結(jié)構(gòu)，便于保養(yǎng)、維修及更換。
4 臺達伺服控制器的快速成形機

PMAC卡和臺達伺服控制器的連接方式有兩種：半閉環(huán)連接和全閉環(huán)連接。

（1）半閉環(huán)的連接：PMAC卡輸出的脈沖信號是帶5V電源的開集極。臺達伺服脈沖信號是使用外部電源的開集極的接線方式，36、43是脈沖正和方向正信號的管角，41是脈沖負信號的管角，37是方向負信號的管角；17和11短接、45和9短接是為了上電就讓伺服電機勵磁。接線方式如圖2所示。

圖2半閉環(huán)的連接

 

　　全閉環(huán)的連接：PMAC卡輸出的脈沖信號和臺達伺服的脈沖信號和伺服ON等的接線方式同半閉環(huán)的接線方式一樣；不同的是全閉環(huán)方式將臺達伺服電機反饋給伺服控制器的編碼器信號，再反饋給上位機PMAC卡進行控制；其中21是A相＋信號、22是A相－信號、25是B相＋信號、23是B相－信號、50是Z相＋信號、24是Z相－信號；接線方式如圖3所示。

圖3全閉環(huán)的連接

 

（1）手動調(diào)試：在整個系統(tǒng)的機械安裝和電器的連接完畢后，首先利用上位系統(tǒng)或臺達伺服所具有的手動控制方式，同時將所有伺服的參數(shù)P0-02設(shè)置成14，讓機構(gòu)的X軸和Y軸進行往復(fù)的運動，在伺服的顯示屏上會顯示伺服在此機構(gòu)上面應(yīng)用的轉(zhuǎn)動慣量JL/JM，我們利用臺達伺服的調(diào)試小軟件，將伺服顯示的轉(zhuǎn)動慣量JL/JM和我們通過調(diào)試計算出來的響應(yīng)頻寬B.W輸入的軟件中，在快速成形機中我們測試伺服的轉(zhuǎn)動慣量JL/JM是2.5、響應(yīng)頻寬B.W是80-100，計算出來我們需要的參數(shù)，把這些參數(shù)手動輸入的伺服控制器中，快速成形機即可正常運行。

（2）自動調(diào)試：這種調(diào)試比手動要簡單了，首先也要像手動那樣先將轉(zhuǎn)動慣量JL/JM：2.5測試出來，把這個值輸入到參數(shù)P1-37中，再把參數(shù)P2-31設(shè)置成54、P2-32設(shè)置成5，這樣快速成形機就可以正常運行了。

手動調(diào)整比自動調(diào)整要精確的多，可以通過多次的加工測試來測試出一組最適合整個機構(gòu)的參數(shù)；但是手動調(diào)整的時間要比較長，花費的工期也比較多，同時在成批量生產(chǎn)的過程中，伺服參數(shù)的輸入等也都非常的不方便；臺達A系列伺服的高性能、整定時間短、在快速成形機應(yīng)用中的調(diào)頻參數(shù)比較寬等等，所以我們在快速成形機的正常應(yīng)用中使用自動調(diào)整比較多一點。

（3）臺達伺服在快速成形機中應(yīng)用需要更改的參數(shù)即參數(shù)的說明：

P0-02:14=驅(qū)動器的狀態(tài)的顯示；用來顯示機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量；P1-37:2.5=伺服電機的負載慣量比；在自動模式下用來設(shè)定伺服電機的負載慣量比；P1-44:2=電子齒輪比的分子；使伺服電機帶動的滾珠絲杠等機構(gòu)運動的距離與上位機要求的距離相同；P2-00:157=位置控制增益；主要控制伺服位置環(huán)回路的應(yīng)答性；P2-04:2189=速度控制增益；主要控制伺服速度環(huán)回路的應(yīng)答性；P2-06:100=速度積分補償；控制伺服電機、機構(gòu)的固定偏差和整個機構(gòu)的抖動；P2-25:2=共振抑制低通濾波；用來設(shè)定共振抑制低通濾波的時間常數(shù)；P2-26:51=外部干擾抵抗增益；用來增加對外力的抵抗能力并降低加減速的過沖現(xiàn)象；P2-31:54=自動及簡易模式設(shè)定；在自動模式時用來設(shè)定響應(yīng)的頻寬；P2-32:5=增益調(diào)整方式；設(shè)定伺服的調(diào)整模式為PDFF自動模式即負載慣量比固定，伺服的響應(yīng)頻寬可調(diào)整。

　　快速成形機是一種具有廣泛應(yīng)用前景的正在不斷完善的高新技術(shù)機械設(shè)備。隨著市場競爭的日趨激烈，該設(shè)備將會被越來越多的企業(yè)所應(yīng)用，對企業(yè)的發(fā)展，發(fā)揮越來越重要的作用，并將給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。同時，快速成形機的市場競爭也越來越激烈，臺達伺服利用它的高性價比在快速成形機上得以應(yīng)用，同時也一定會有非常廣泛的發(fā)展空間。