中達電通股份有限公司應用方案：台達伺服在慢走絲加工機床上的應用

電火花線切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，簡稱WEDM），有時又稱線切割。其基本工作原理是利用連續移動的細金屬絲（稱為電極絲）作電極，對工件進行脈衝火花放電蝕除金屬、切割成型。線切割主要用於加工各種形狀複雜和精密細小的工件，例如衝裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、樣板、電火花成型加工用的金屬電極，各種微細孔槽、窄縫、任意曲線等，具有加工餘量小、加工精度高、生產周期短、製造成本低等突出優點，已在生產中獲得廣泛的應用，目前國內外的電火花線切割機床已占電加工機床總數的60％以上。

根據電極絲的運行速度不同，電火花線切割機床通常分為兩類：一類是高速走絲電火花線切割機床（WEDM-HS），其電極絲作高速往複運動，一般走絲速度為8～10m/s，電(dian)極(ji)絲(si)可(ke)重(zhong)複(fu)使(shi)用(yong)，加(jia)工(gong)速(su)度(du)較(jiao)高(gao)，但(dan)快(kuai)速(su)走(zou)絲(si)容(rong)易(yi)造(zao)成(cheng)電(dian)極(ji)絲(si)抖(dou)動(dong)和(he)反(fan)向(xiang)時(shi)停(ting)頓(dun)，使(shi)加(jia)工(gong)質(zhi)量(liang)下(xia)降(jiang)，是(shi)我(wo)國(guo)生(sheng)產(chan)和(he)使(shi)用(yong)的(de)主(zhu)要(yao)機(ji)種(zhong)，也(ye)是(shi)我(wo)國(guo)獨(du)創(chuang)的(de)電(dian)火(huo)花(hua)線(xian)切(qie)割(ge)加(jia)工(gong)模(mo)式(shi)；另一類是低速走絲電火花線切割機床（WEDM-LS），其電極絲作低速單向運動，一般走絲速度低於0.2m/s，電極絲放電後不再使用，工作平穩、均勻、抖動小、加工質量較好，但加工速度較低，是國外生產和使用的主要機種。本文介紹的是台達ＡＳＤ－ＡＢ伺服在慢走絲加工機床上的應用案例。慢走絲加工機床如圖1所示。慢走絲機床加工的工件圖如圖2所示。

慢走絲機床上的伺服應用的主要技術難點就是在0.5~0.2rpm超低速運行過程中保持穩的追隨誤差，同時追隨誤差又必須小於２個脈衝。這樣的超低速技術要求實際上是和慢走絲機床的加工特點有密切的聯係的。慢走絲機床的電極絲直徑通常0.03~0.35mm，而其加工工件時中心線在工件上切過的麵積總和最大可達約為350m㎡／min，慢man走zou絲si機ji床chuang加jia工gong的de工gong件jian與yu快kuai走zou絲si不bu同tong通tong常chang都dou是shi既ji對dui加jia工gong精jing度du要yao求qiu很hen高gao又you有you很hen大da的de加jia工gong厚hou度du。這zhe就jiu對dui慢man走zou絲si機ji床chuang的de進jin給gei速su度du有you很hen高gao的de要yao求qiu，速su度du必bi須xu在zai一yi定ding的de範fan圍wei內nei，過guo快kuai的de速su度du會hui造zao成cheng加jia工gong不bu徹che底di，在zai工gong件jian表biao麵mian留liu下xia深shen淺qian不bu一yi的de粗cu糙cao痕hen跡ji使shi表biao麵mian粗cu糙cao度du變bian差cha，同tong時shi也ye會hui造zao成cheng電dian極ji絲si振zhen動dong加jia大da，易yi造zao成cheng斷duan絲si！至於伺服係統小於２個(ge)脈(mai)衝(chong)的(de)追(zhui)隨(sui)誤(wu)差(cha)，則(ze)是(shi)因(yin)為(wei)線(xian)切(qie)割(ge)的(de)加(jia)工(gong)原(yuan)理(li)就(jiu)是(shi)正(zheng)負(fu)電(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)不(bu)斷(duan)放(fang)電(dian)灼(zhuo)燒(shao)工(gong)件(jian)表(biao)麵(mian)，就(jiu)是(shi)說(shuo)兩(liang)個(ge)電(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)要(yao)保(bao)持(chi)一(yi)定(ding)的(de)距(ju)離(li)，既(ji)不(bu)能(neng)接(jie)觸(chu)在(zai)一(yi)起(qi)造(zao)成(cheng)短(duan)路(lu)，又(you)不(bu)能(neng)距(ju)離(li)太(tai)遠(yuan)造(zao)成(cheng)斷(duan)路(lu)！

對dui於yu調tiao試shi過guo程cheng可ke說shuo是shi難nan點dian重zhong重zhong，因yin為wei客ke戶hu機ji械xie整zheng體ti的de負fu載zai就jiu非fei常chang的de大da，而er且qie還hai要yao在zai加jia工gong的de過guo程cheng中zhong在zai加jia工gong槽cao裏li注zhu滿man水shui，使shi得de負fu載zai慣guan量liang和he負fu載zai質zhi量liang更geng大da，增zeng加jia了le伺si服fu的de控kong製zhi難nan度du。為wei了le保bao證zheng２個ge脈mai衝chong的de追zhui蹤zong誤wu差cha，所suo以yi伺si服fu控kong製zhi器qi的de增zeng益yi必bi須xu維wei持chi在zai一yi個ge較jiao高gao的de水shui平ping，但dan是shi由you於yu幾ji乎hu不bu允yun許xu出chu現xian任ren何he的de振zhen動dong，那na麼me伺si服fu控kong製zhi係xi統tong的de增zeng益yi還hai不bu能neng夠gou過guo大da，也ye就jiu是shi說shuo在zai穩wen定ding的de響xiang應ying水shui平ping和he穩wen定ding的de控kong製zhi平ping衡heng度du之zhi間jian尋xun找zhao一yi個ge平ping衡heng點dian，這zhe個ge平ping衡heng點dian的de選xuan取qu就jiu是shi我wo們men調tiao試shi的de關guan鍵jian。

由於該設備的運行速度不能超過我們調試軟件估測負載慣量所需的運行速度200rpm，所以隻能通過不斷的試驗，對參數進行設置，以找到最佳的增益參數，也就是將伺服參數中跟增益有關的2-00(位置控製增益)，2-02（位置前饋增益），2-03（位置前饋增益平滑常量），2-04（速度控製增益），2-06（速度積分補償），以及跟共振有關的2-25（共振抑製低通濾波），2-23（共振抑製Notch filter），2-24(共振抑製Notch filter衰減率)進行不斷的試驗設置和運行測試，2-00主要作用是保持位置環控製響應水平的，2-04主要作用是保持速度環控製響應水平的，這兩個值是伺服響應的基礎，而2-02和2-06的主要作用就是減小位置控製誤差和速度控製誤差的，將這兩個值調到很高的位置可以明顯地減小追隨誤差。2-03作用就是可以大大的降低傳動機構的運轉振動。

剛(gang)剛(gang)開(kai)始(shi)調(tiao)試(shi)時(shi)，很(hen)快(kuai)就(jiu)將(jiang)伺(si)服(fu)的(de)響(xiang)應(ying)水(shui)平(ping)調(tiao)整(zheng)到(dao)一(yi)個(ge)不(bu)使(shi)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)運(yun)行(xing)有(you)振(zhen)動(dong)的(de)最(zui)高(gao)的(de)控(kong)製(zhi)水(shui)平(ping)，這(zhe)個(ge)增(zeng)益(yi)水(shui)平(ping)上(shang)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)的(de)運(yun)行(xing)效(xiao)果(guo)是(shi)是(shi)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)在(zai)0.5rpm的速度下運行追隨誤差基本保持在2個脈衝範圍內，但是在運行的某幾個點的時候，會跳變到3~4gemaichong。zheshimanzousishebeiyunxingbuyunxude，bixutongguotiaozhengsifudezengyilaigaishanzheyangdeyunxingxiaoguo，yinweizheyangdezhuisuiwuchadetiaobianshiyouyuzaimougeyunxingdianshangsifuxitongdefuzaiqingkuangfashenggaibian，eryouyusifuxitongdexiangyingyoubugoukuai，suoyicaihuichuxianzhuisuiwuchabiandadeqingkuang。tongguoyishangfenxi，xuyaoshixiandejiushitigaosifuxitongdexiangyingshuipingyoubunengshisifudianjiyunxingguochengzhongchuxianrenhedezhendong。weilejiburangdianjizhendong，youtigaozengyishuiping，zhiyoujiang2-03加大降低機構傳動的振動，才能提高2-04和2-00從而提高伺服係統整體的增益水平位置較高的響應，同時，還不能把2-03的值調整地過高，因為它會影響位置追蹤誤差。

在增調整已經很理想的情況下，開始安裝工件試切。在試切過程發現一個很異常的現象，即在x軸以0.3rpm速度進給時，y軸的追蹤誤差會有一個不斷的跳變，當時y軸根本沒有信號輸入，是不應該有任何移動的。出現這樣的情況隻有兩種可能，一是有信號幹擾，二是發生了機械振動！通過判斷是在x軸以一定速度移動時，y軸會有共振產生！利用我們調試軟件ASDA_A_SW找到共振頻率，消除共振，調試完成。共振抑製頻率點的抓取如圖3所示。

作為加工機床，一定要通過加工試切來證明我們的伺服是否能夠滿足慢走絲機床的應用場合。圖4是台達ASD-AB伺服加工的工件效果圖，圖4顯示是在磨掉一部分氧化層以後檢測其表麵光潔度，從1號~3號加工效果越來越好，單純從加工效果上看3號的表麵光潔度已經可以已經與原伺服係統17位編碼器的高精度伺服電機的加工效果接近。

台達ＡＳＤ－ＡＢ伺si服fu主zhu要yao是shi應ying用yong在zai控kong製zhi係xi統tong中zhong進jin給gei控kong製zhi方fang麵mian，伺si服fu運yun動dong性xing能neng如ru何he，直zhi接jie關guan係xi著zhe工gong件jian的de加jia工gong精jing度du和he表biao麵mian粗cu糙cao度du。客ke戶hu原yuan來lai使shi用yong的de是shi國guo外wai知zhi名ming品pin牌pai的de伺si服fu係xi統tong，其qi伺si服fu電dian機ji是shi采cai用yong１７位高線數編碼器，而台達ＡＳＤ－ＡＢ伺服係統則采用的是ＡＳＤ－Ｂ係列伺服係統配套使用的ＥＣＭＡ電機，其編碼器僅僅是２５００線的低線數的伺服編碼器。應用台達ＡＳＤ－ＡＢ伺服係統的慢走絲加工機床的加工精度和表麵粗糙度與客戶原來采用１７位(wei)高(gao)線(xian)數(shu)編(bian)碼(ma)器(qi)的(de)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)的(de)慢(man)走(zou)絲(si)機(ji)床(chuang)相(xiang)差(cha)無(wu)幾(ji)。從(cong)而(er)使(shi)客(ke)戶(hu)的(de)製(zhi)造(zao)成(cheng)本(ben)在(zai)性(xing)能(neng)不(bu)降(jiang)低(di)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)得(de)到(dao)了(le)大(da)大(da)的(de)壓(ya)縮(suo)，提(ti)高(gao)了(le)其(qi)產(chan)品(pin)在(zai)慢(man)走(zou)絲(si)加(jia)工(gong)機(ji)床(chuang)的(de)市(shi)場(chang)競(jing)爭(zheng)力(li)。