單工位伺服攻絲機床

單工位伺服攻絲機床采用了我司的高精度的鉆孔動力頭，可進行高速鉆孔、鉸孔、步進加工等，還可配置攻絲動力頭，進行鉆孔等組合加工；還可配置多軸頭進行多孔加工。

特點：加工效率高，對工件的大批量生產(chǎn)可大大的降低生產(chǎn)成本。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖一所示，一段攻絲過程的完成由控制刀頭垂直運動的Z軸和旋轉(zhuǎn)運動的主軸(下文簡稱C軸)共同完成，C軸攻絲最高速度要求為5000rpm。控制工件平移運動的X、Y軸在此文中不做詳細介紹，攻絲的速度和精度由C軸和Z軸匹配的精確度決定。

圖一：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

由上圖可知，CNC系統(tǒng)發(fā)送兩路脈沖信號，分別傳輸給M700驅(qū)動器以及Z軸驅(qū)動器，控制兩軸電機的運行以及加減速，驅(qū)動器將收到的脈沖信號轉(zhuǎn)換成速度信號控制電機的運行，并將電機編碼器反饋回的位置經(jīng)過分頻輸出反饋至CNC，使整個系統(tǒng)構(gòu)成一個雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。同時CNC將C軸和Z軸的位置進行比較，能夠?qū)崟r計算出刀頭實際位置誤差，該誤差作為診斷信息在系統(tǒng)顯示屏上顯示，供調(diào)試以及生產(chǎn)過程中監(jiān)控攻絲質(zhì)量。

除攻絲功能外，C軸電機還要完成銑削，鉆孔以及定位模式。銑削以及鉆孔模式下，變頻器以最高12000rpm的速度運行，定位模式主要是在C軸換刀前對其軸位置進行定位，同時保持足夠的鎖定力矩以保證自動換刀過程的完成。

2.控制要點

1. 銑削模式

銑削模式與鉆孔模式類似，CNC給定的都是恒速脈沖信號，驅(qū)動器只需將電機速度控制在最大12000rpm并穩(wěn)定運行。由于CNC給定的是高速脈沖信號，電纜需使用品質(zhì)較好的屏蔽雙絞線，并做好系統(tǒng)接地，保證驅(qū)動器接收到的信號不受干擾。

此例中，來自CNC的給定以及反饋信號都接在驅(qū)動器自帶的反饋端子P1.P2上，電機SinCos編碼器反饋信號接到擴展卡SI-Universal Encoder 卡P1口。設(shè)置好相應(yīng)的電機以及編碼器參數(shù)，執(zhí)行動態(tài)自整定后即可運行電機，由于12000rpm已經(jīng)超出電機額定轉(zhuǎn)速，需要使能高速模式，應(yīng)用CTScope示波器監(jiān)控實際轉(zhuǎn)速如下圖三，適當調(diào)節(jié)速度環(huán)參數(shù)，即可達到12000±1prm的速度精度。滿足用戶需求。

圖二：CTScope監(jiān)控不同速度下的控制精度

2. 定位模式

當設(shè)備需要更換刀頭時，系統(tǒng)會提前發(fā)來一個開關(guān)量輸入信號，驅(qū)動器需要將電機軸旋轉(zhuǎn)到固定的位置并以足夠的力矩鎖死，之后反饋一個完成信號至CNC系統(tǒng)。

此例使用的SinCos編碼器，其信號圖見下圖四，不能提供絕對位置，需要應(yīng)用其Z脈沖信號作為參考位置對C軸軸進行定位，應(yīng)用M700驅(qū)動器Z脈沖模式設(shè)置參數(shù)，可以實現(xiàn)編碼器位置以Z脈沖為零位。由于Z脈沖的位置是固定的，應(yīng)用M700的定位功能，設(shè)定好定位位置，驅(qū)動器接收到定位指令后將自動旋轉(zhuǎn)C軸至該位置并鎖定。

圖三：編碼器信號圖

3. 攻絲模式

攻絲模式采用的是速度跟隨方式，速度曲線變化非常快(5000rpm/0.3s)，所以其控制難點是在速度跟隨的精度要求非常高，影響速度跟隨精度的原因較多，主要有輸入信號的采樣周期，速度指令更新周期，以及速度環(huán)的響應(yīng)特性，M700驅(qū)動器通過其配置的選件卡MCi210結(jié)合MCS編程軟件中的position任務(wù)能達到最快250μs的響應(yīng)速度，將CNC脈沖指令的速度傳輸至驅(qū)動器速度給定參數(shù)Pr1.021.以此來提高速度指令的更新周期。

在速度環(huán)響應(yīng)特性方面，控制核心是針對不同的速度給出不同的速度環(huán)PI值，完成此項任務(wù)，同樣離不開MCS軟件快速精確的控制，通過M700板載硬件或配置的MCI210卡都可完成此項功能。應(yīng)用CTscope監(jiān)控的速度圖片以及攻絲效果見圖五、圖六所示。經(jīng)客戶測試滿足要求。

圖四：攻絲過程速度曲線

圖五：實際攻絲效果