時光伺服在五軸立式落地鏜銑床項目的應用

 1、引言

    數控大重型落地式數控銑鏜床為機、電、液一體化技術密集型產品，其性能要求可實現五軸控制、可加工帶有復雜曲面的大型工件，屬于機械加工行業里的高性能、高效率、較高精度的關鍵重大裝備。目前，此種類型產品電控部分基本依賴國外進口。如果在保證性能的前提下實現國產化，尤其是采用國產化的全數字伺服控制系統，可以達到大幅度節約成本，打破國外的技術壟斷和制約，推動民族工業的發展的目的。在此目的推動下，某國家大型機床廠設計院人員在了解了時光公司伺服產品的基本性能后，經過近一年時間的設計和試用,于2004年3月正式完成了第一臺新型立式落地鏜銑床TJ6916F的安裝和調試,并交付用戶使用。

2、項目介紹

    落地鏜銑床TJ6916F（見圖1）是在原有簡易數控型落地鏜銑床TJ6916機械結構的基礎上設計完成的。進給軸要求通過模擬量調速完成三相異步電機寬范圍調速0.3-1800rpm，以滿足高速進給、低速切削和低速點動對刀等加工要求。因此，在寬范圍調速的前提下具有低速穩定性和低速大力矩輸出能力的電氣產品，才能滿足此鏜銑床的應用要求。

時光伺服特性：

   速度控制精度±0.04%，調速范圍達1：25000（0.01Hz-250Hz）。 

   在電機額定轉速以下恒轉矩輸出(轉矩控制范圍0-300%電機額定轉矩，精度±5%)，額定轉速以上恒功率輸出。具有低速大轉矩輸出、零轉速力矩保持功能。

   具有良好的加、減速度控制功能，速度響應快。

（1）機械設計

   時光伺服低速大扭矩的特性，可以滿足此類機床低速加工的要求，能夠達到同功率等級的中檔進口伺服的性能，所以不必采用簡易數控型鏜銑床復雜的減速機構，依據進口數控型鏜銑床的機械結構和時光伺服的調速范圍，采用通過一級減速的形式直接驅動絲杠，帶動進給軸移動。從而最大限度的簡化了機床結構，消除了傳動誤差。

（2）系統連接

    根據機床對驅動系統的要求，時光伺服控制器與機床連接接口如下：

四進給軸共用同一個電位計，通過繼電器進行切換。設計有高位（＋10V）和低位（約20mV）調節電路，另有零位（0V）調節電路。進給軸快進速度對應電位計高位電壓，慢進速度對應電位計低位電壓。

（3）程序設計

    通過編寫時光伺服控制器專用的電機控制語言QMCL，實現進給電機主要功能：接收使能信號后電機上電，在有方向信號時根據輸入模擬量（0～10VDC）的大小輸出相應頻率控制電機運轉；根據機床進給軸低位電路的電壓輸入，控制進給軸以最低速平穩運轉，以適應低速加工和對刀等要求；通過兩路模擬量輸出（0～5VDC）外接電流表和轉速表，以顯示當前電機轉速和電流。

（4）硬件配置

四個進給軸共使用四套控制器和電機，具體硬件配置如下：

3、項目效果

    落地鏜銑床TJ6916F組裝完畢，經過機床廠和時光公司聯合調試后正常運轉。并由用戶進行了測試，在調速范圍、速度精度、速度響應、快速進給和低速進給各方面滿足同類別機床性能要求，部分測試數據如下：