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本文主要介紹台達ASDA-B2伺服在水刀上的應用,主要包括:水刀切割的應用行業,其所具備的行業優勢;數控水刀的大概配置架構,以及懸臂架構對伺服定位精度和響應速度的高要求。
前言
人類自古就利用水流的衝擊力,製成水車、shuimodengshuilijixie。ruguoshuiliuconggaoyashuiqiangzhongpenchu,qichongjilijiugengda。qiansulianyongyucaimeigongye,mingyueshuilicaimei。gaosupenchudeshuiliushouzuyumeiceng,suduzhouranxiajiang,qingkejianhuichanshengzugoudadechongjili,shimeicengchuxiancuixingduanlie,wanchengcaimeizuoye。shouciqifa,qiansuliankexuejiakaifachugaoyashuipenliuqiegejishu,ermeiguogongsiqudelecixiangjishudezhuanliquan,shizhishangpinhua。
水刀應用的行業麵非常廣泛,航空、汽車、石材、陶瓷、玻璃、金屬、混凝土等行業上,而隨著產品的成熟和應用麵的擴大,超高壓數控水切割機(水刀)zhujianjinruyigechengchangqi,zheyeyaoguigongyujixiegongyejinxieniandechangzufazhan,yituoyugenggaojingdudeshuzihuapingtai,keyiyingyongshuidaojinxingjingxijiagong,jiangshuiqiegeyingyongfanweikuozhandaoxingyegengjiaguangkuodejinshujiagonglingyu,erbushijinjinjuxianzaiboli、陶瓷、石材等材料的加工。

圖1 實際加工效果圖
以金屬切割為例,各種加工手段呈現百花齊放態勢,包括激光、火焰切割(等離子切割)、電火花切割、線(xian)切(qie)割(ge)等(deng)。各(ge)種(zhong)切(qie)割(ge)手(shou)段(duan)各(ge)有(you)優(you)勢(shi),又(you)都(dou)存(cun)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)局(ju)限(xian)性(xing),各(ge)自(zi)占(zhan)領(ling)了(le)一(yi)部(bu)分(fen)市(shi)場(chang)。但(dan)在(zai)眾(zhong)多(duo)的(de)切(qie)割(ge)手(shou)段(duan)中(zhong),水(shui)切(qie)割(ge)屬(shu)於(yu)一(yi)種(zhong)特(te)殊(shu)的(de)冷(leng)態(tai)切(qie)割(ge),直(zhi)接(jie)利(li)用(yong)加(jia)磨(mo)料(liao)水(shui)射(she)流(liu)的(de)動(dong)能(neng)對(dui)金(jin)屬(shu)進(jin)行(xing)切(qie)削(xue)而(er)達(da)到(dao)切(qie)割(ge)目(mu)的(de),切(qie)割(ge)過(guo)程(cheng)中(zhong)無(wu)化(hua)學(xue)變(bian)化(hua),具(ju)有(you)對(dui)切(qie)割(ge)材(cai)質(zhi)理(li)化(hua)性(xing)能(neng)無(wu)影(ying)響(xiang)、無熱變形、切縫窄、精度高、切麵光潔、清潔無汙染等優點,可加工傳統手段無法加工的材料,如玻璃、陶瓷、複合材料、反光材料、化纖、熱敏感材料等。
隨sui著zhe人ren們men對dui水shui切qie割ge技ji術shu了le解jie的de進jin一yi步bu加jia深shen,市shi場chang逐zhu漸jian認ren識shi到dao水shui切qie割ge技ji術shu在zai金jin屬shu切qie割ge行xing業ye的de獨du特te優you勢shi。以yi激ji光guang切qie割ge為wei例li進jin行xing比bi較jiao,激ji光guang在zai金jin屬shu薄bo板ban切qie割ge方fang麵mian,其qi速su度du和he精jing度du要yao優you於yu水shui切qie割ge,但dan一yi般ban而er言yan,激ji光guang很hen難nan切qie割ge大da於yu16mm的金屬板(尤其是有色金屬),而且激光切割材料的周邊仍有一定的熱影響區;水刀切割金屬材料厚度一般可達50mm以上,並且對材料無任何影響,切割金屬的光潔度達1.6μm ,切割精度達±0.10mm,可(ke)用(yong)於(yu)精(jing)密(mi)成(cheng)形(xing)切(qie)割(ge)。此(ci)外(wai),水(shui)切(qie)割(ge)在(zai)有(you)色(se)金(jin)屬(shu)和(he)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)的(de)切(qie)割(ge)方(fang)麵(mian)還(hai)有(you)著(zhe)獨(du)到(dao)之(zhi)處(chu),無(wu)反(fan)光(guang)影(ying)響(xiang)和(he)邊(bian)緣(yuan)損(sun)失(shi),再(zai)加(jia)上(shang)水(shui)刀(dao)對(dui)切(qie)割(ge)材(cai)料(liao)沒(mei)有(you)限(xian)製(zhi)。綜(zong)合(he)這(zhe)些(xie)因(yin)素(su),很(hen)多(duo)早(zao)期(qi)選(xuan)擇(ze)激(ji)光(guang)或(huo)其(qi)它(ta)切(qie)割(ge)手(shou)段(duan)的(de)用(yong)戶(hu)轉(zhuan)而(er)選(xuan)用(yong)水(shui)切(qie)割(ge)。
由於“水刀”的數控平台采用滾珠絲杆、滾動直線導軌等精密傳動技術,控製精度都在+0.02mm以yi內nei。同tong時shi,加jia砂sha水shui射she流liu的de噴pen嘴zui和he切qie割ge頭tou的de聚ju焦jiao性xing能neng及ji長chang壽shou命ming的de噴pen嘴zui材cai料liao的de技ji術shu突tu破po,配pei以yi大da功gong率lv超chao高gao壓ya係xi統tong的de連lian續xu平ping穩wen工gong作zuo,應ying用yong全quan自zi動dong供gong砂sha、控砂和高壓水啟、停控製係統,使得“水刀”能24小時連續切割和自動加工。
在金屬切割行業中,追求高質量,高效率的直接成形加工,是目前國際上的主流發展趨勢,“水刀”切割機正是針對這種需求而在相關的技術應用上不斷創新:隨著包括精密滾珠絲杆、伺服電機、諧振減速單元等技術的出現,機床可以達到更高的位置精度、反fan向xiang間jian隙xi補bu償chang以yi及ji重zhong複fu定ding位wei精jing度du的de提ti高gao。因yin此ci,機ji床chuang製zhi造zao廠chang商shang將jiang更geng大da的de精jing力li投tou入ru到dao機ji床chuang幾ji何he誤wu差cha產chan生sheng的de原yuan因yin分fen析xi上shang,通tong過guo采cai用yong球qiu杆gan測ce量liang儀yi和he激ji光guang幹gan涉she儀yi等deng高gao精jing度du測ce量liang器qi具ju檢jian測ce機ji床chuang幾ji何he精jing度du,並bing建jian立li誤wu差cha映ying射she表biao來lai給gei予yu精jing度du修xiu正zheng,以yi此ci製zhi造zao高gao精jing度du機ji床chuang。數shu控kong機ji床chuang零ling部bu件jian材cai料liao和he元yuan器qi件jian的de選xuan用yong、製造工藝、質量檢測手段是提高數控機床精度及穩定性的保證。
“水刀”更兼有強大的計算機輔助設計和控製功能,特別在“轉角和尖角”切割時自動減速,使得切割麵光潔圓滑,加之“水刀”切割具有“磨削”的特質,這使得“水刀”在切割質量和效率上都有了極大的變化和提高,而可直接用於金屬零件的成形切割加工。
下麵就以台達B2伺服在單臂懸梁架構數控水刀設備中應用為例,做簡單的介紹。如下:
工藝要求
1,X、Y軸最大運動速度:20 m/min,切割速度:0-8m/min。
2,切割精度:+/-0.1mm,直線度:+/-0.1mm,重複定位精度:±0.05mm。
3,XY真圓度:<80um。
4,設備運行低噪音,高響應。
方案配置架構:
1,上位機:歐洲/國產的數控係統均可,也有PC係統+軸卡控製。以位置控製模式為例。
2,驅動部分:采用台達B2伺服和電機。
具體型號為:X軸驅動器ASDA-B2-1021-B 電機 ECMA-C21310ES。
Y軸驅動器ASDA-B2-1021-B 電機 ECMA-C21310ES。 Z軸采用其他品牌步進驅動。
圖2 懸臂式數控水刀設備(3軸架構)
技術實現
由於上位機采用位置控製模式,所以伺服在速度和位置控製上要求響應要快而且精度要高。
圖3 台達B2伺服與電機
高響應
台達B2伺服優異的高速性能表現:速度響應頻寬為550Hz,命令整訂時間可達1ms以下。空載情況下,額定轉速-3000rpm至3000rpm加速時間隻需10ms。
高精度
台達B2伺服采用17-bit(160,000p/rev)高解析編碼器,滿足機台設備高精度定位控製及平穩低速運轉的應用要求。可接受高速差動脈波命令(4Mpps),達到高精度位置控製的設定。
共振抑製與低噪音
高響應時,運行中會產生噪音,那麼怎麼樣來消除呢?B2伺服具備強大的自動共振抑製功能,可以實現持續共振的抑製,也可以實現多達3個(ge)共(gong)振(zhen)點(dian)的(de)抑(yi)製(zhi)。這(zhe)樣(yang)省(sheng)去(qu)手(shou)動(dong)調(tiao)節(jie)參(can)數(shu)進(jin)行(xing)振(zhen)動(dong)抑(yi)製(zhi)帶(dai)來(lai)的(de)麻(ma)煩(fan)。而(er)對(dui)於(yu)懸(xuan)臂(bi)梁(liang)架(jia)構(gou),就(jiu)容(rong)易(yi)出(chu)現(xian)共(gong)振(zhen),所(suo)以(yi)有(you)了(le)這(zhe)個(ge)功(gong)能(neng),給(gei)客(ke)戶(hu)帶(dai)來(lai)了(le)很(hen)大(da)的(de)方(fang)便(bian)。
現在來看看應用台達B2伺服實際加工時偵測出的實際效果,如下圖:

圖4 真圓度測試
現場用的是球杆測試實際效果,真圓度達到57.9um<80um完全滿足客戶的要求。
伺服增益調整:采用B2自動增益調整和手動調整均可。
利用台達B2伺服強大的伺服調機軟件,方麵增益的調整與設置。
圖5 調機軟件
圖6 電櫃局部一覽結論
結論 由於懸臂的架構性導致設備在運行過程中重心是不穩定的,進而會產生機構的抖動和噪音,容易產生加工光潔度不好,而利用台達B2伺服高性能、低噪音、自動共振抑製的特點從而解決了這個問題,得到了客戶一致好評,目前已經在客戶處得到很好的使用,深得客戶之信賴。
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