臺達A系列伺服在快速成形機上的應用

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

關鍵詞：快速成形 臺達伺服

90年代開始，市場環境發生了巨大的變化。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計出符合人們消費要求的產品，還要很快的生產制造出來。因此，一個新興的快速成型技術逐步的形成并得以快速的發展。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用和發展。

快速成形技術（快速原形技術，簡稱RP）是是九十年代發展起來的一項先進制造技術，RP是為制造業企業新產品開發服務的一項關鍵共性技術, 對促進企業產品創新、縮短新產品開發周期、提高產品競爭力有積極的推動作用。自該技術問世以來，已經在發達國家的制造業中得到了廣泛應用，并由此產生一個新興的技術領域。
快速成形技術基于計算機輔助設計及制造技術、逆向工程技術、分層制造技術、材料去除成型、材料增加成形技術的集成；快速成形其基本過程是：首先設計出所需零件的計算機三維模型（數字模型、CAD模型），然后根據工藝要求，按照一定的規律將該模型離散為一系列有序的單元，通常在Z向將其按一定厚度進行離散（習慣稱為分層），把原來的三維CAD模型變成一系列的層片；再根據每個層片的輪廓信息，輸入加工參數，自動生成數控代碼；最后由成形系統成形一系列層片并自動將它們聯接起來，得到一個三維物理實體。快速成型的工作流程如圖1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系統軟件生成的STL格式的文件，轉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堆積三維物理實體的過程。

（2）MEM300快速成形機的特點。設備是以數控機床原理設計，剛性好，運行平穩；X、Y軸采用臺達A系列伺服電機驅動，精密滾珠絲杠傳動，精密滾珠直線導軌導向；特有填充路徑網格優化設計技術，使原型表面質量更高；系統軟件可以對STL格式原文件實現自動檢驗、修補功能；絲材寬度自動補償技術，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；高質量元器件及傳感系統，具報警裝置，可靠性高，可長時間連續運行；精密微泵增壓系統控制的遠程送絲機構，確保送絲過程持續、穩定；快速切換噴嘴結構，便于保養、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：半閉環連接和全閉環連接。

（1）半閉環的連接：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半閉環的連接

全閉環的連接：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的接線方式一樣；不同的是全閉環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全閉環的連接

（1）手動調試：在整個系統的機械安裝和電器的連接完畢后，首先利用上位系統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P0-02設置成14，讓機構的X軸和Y軸進行往復的運動，在伺服的顯示屏上會顯示伺服在此機構上面應用的轉動慣量JL/JM，我們利用臺達伺服的調試小軟件GAIN.EXE，將伺服顯示的轉動慣量JL/JM和我們通過調試計算出來的響應頻寬B.W輸入的GAIN.EXE軟件中，在快速成形機中我們測試伺服的轉動慣量JL/JM是2.5、響應頻寬B.W是80-100，計算出來我們需要的參數，把這些參數手動輸入的伺服控制器中，快速成形機即可正常運行。

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

手動調整比自動調整要精確的多，可以通過多次的加工測試來測試出一組最適合整個機構的參數；但是手動調整的時間要比較長，花費的工期也比較多，同時在成批量生產的過程中，伺服參數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、在快速成形機應用中的調頻參數比較寬等等，所以我們在快速成形機的正常應用中使用自動調整比較多一點。

（3）臺達伺服在快速成形機中應用需要更改的參數即參數的說明：

P0-02:14=驅動器的狀態的顯示；用來顯示機構的轉動慣量；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回路的應答性；P2-04:2189=速度控制增益；主要控制伺服速度環回路的應答性；P2-06:100=速度積分補償；控制伺服電機、機構的固定偏差和整個機構的抖動；P2-25:2=共振抑制低通濾波；用來設定共振抑制低通濾波的時間常數；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象；P2-31:54=自動及簡易模式設定；在自動模式時用來設定響應的頻寬；P2-32:5=增益調整方式；設定伺服的調整模式為PDFF自動模式即負載慣量比固定，伺服的響應頻寬可調整。

快速成形機是一種具有廣泛應用前景的正在不斷完善的高新技術機械設備。隨著市場競爭的日趨激烈，該設備將會被越來越多的企業所應用，對企業的發展，發揮越來越重要的作用，并將給企業帶來巨大的經濟效益。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用，同時也一定會有非常廣泛的發展空間。