“森創”運動控制器在砂輪切割機床上的應用

1.背景
當今，很多做設備的生產商自身都擁有一定的機加工能力，可隨時按照設計的要求加工各種型材，例如常見的切割和開孔等等。加工方式不外乎人工和車床。由人工進行操作的，不僅費時費力，而且由于人為因素很難保證加工的精度和一致性；而自動化程度較高的車床成本過高，很難在中小規模的設備生產商中普及，因此低成本、高性能、自主化的加工機床必然能夠滿足一定的市場需要。本文介紹的是和利時電機公司利用自有品牌‘森創’運動控制器SC-D228和伺服電機系統為客戶提供的一套經濟有效的砂輪切割機床控制方案。

2.挑戰
控制系統和傳動系統是影響整臺切割機床精度的關鍵，在為客戶提供成套的方案時不但要考慮成本和性能，而且需要滿足嚴格的工序、靈活的加工類型、方便快捷的操作、周密的安全防范等等。

3.方案
根據加工工藝的要求，傳動部分的主軸電機（以下稱砂輪電機）采用伺服電機，只需要控制其轉速即可。而控制砂輪進退的電機（以下稱進給電機），由于其速度要求不高，但精度和剛性要求較高，因此采用伺服電機配減速器帶動滾珠絲杠控制。控制部分采用“森創”運動控制器SC-D228。該運動控制器可以控制2個軸，最高脈沖輸出頻率在10KHz以上，自帶LCD顯示屏方便人機對話，RS485的通訊方式可直接與伺服系統連接，抗干擾、組網、遠距離傳輸等優勢要遠遠高于一般的運動控制器。與用面板操作進行簡單編程的控制器不同的是，“森創”運動控制器SC-D228采用與PLC相同的編程語言，可事先根據客戶具體的使用要求在PC機上進行編程后下載到控制器內，打破了一般運動控制器只能應用于單一行業的傳統，自主性和通用性更強。

上位機采用SC-D228運動控制器，上電后控制進給電機以手動或自動的方式回到原點，等待指令進給到加工工位，滿足油壓、吸塵、防護罩等加工條件后，啟動砂輪電機，開始加工，完成后退回工位等待下一條指令。伺服系統的工作狀態，工件夾緊的油缸，整個設備的防護罩等等一系列措施在整個加工過程中需要控制器實時監控，出現問題時及時停車，電機復位。

4.難點
在設計砂輪切割機的時候，考慮到需要任意修改砂輪電機的轉速，因此需要在運動控制器SC-D228的界面上予以顯示，并可隨時修改。原計劃用脈沖的形式控制砂輪電機的轉速，考慮到現場的一些需求，最后決定采用運動控制器自帶的RS485與主軸伺服直接通訊的方式進行調速，這樣不僅控制更加靈活方便，而且擺脫了因修改電子尺輪比相應降低速度控制精度的做法，各部件之間的物理連接也更加簡單方便。此外，砂輪電機帶動砂輪空轉和切割型材時的負載是不同的，在砂輪與型材剛剛接觸時，對于伺服電機而言此時負載突變，對電機的沖擊最大，得益于“森創”交流伺服電機良好的性能，這個問題得到完美解決。

進給軸在從原點到工位，再到切割型材結束，雖然運行速度不同，但整個過程中的位置控制都要求非常精確。上電找原點的過程，保證進給軸的工位始終如一。進給軸采用和利時電機PS系列精密行星齒輪減速器能夠保證伺服電機在低速、變負載的情形下保持穩定的速度和位置精度。

5.效益
事實證明，無論是“森創”運動控制器SC-D228還是其交流伺服和減速器，性能和精度都能夠滿足精確性要求較高的砂輪切割機床，同時此方案具有非常大的推廣價值，可以廣泛應用到其它的設備和行業上，比如二維的鉆床和磨床，以及噴涂機、拉袋機等等。延伸開來，該控制器還可以再控制一個軸的位置控制，這樣將實現最多三個軸的控制，兩個軸位置和一個軸速度的控制，應用的領域將更加廣泛。

SC-D228做為一款低成本的簡易數控系統，高度的自主性、靈活性、穩定性，以及良好的技術支持使其自身具有很大的競爭優勢，得到更廣泛的應用。