應(yīng)用方案：漢德保混合伺服電機(jī)在木工雕刻機(jī)上的應(yīng)用

一、應(yīng)用背景

近幾年隨著房地產(chǎn)的迅猛發(fā)展，帶動(dòng)了木門(mén)、家具和家居裝潢等行業(yè)市場(chǎng)需求量的急增。由于木工行業(yè)在我國(guó)是傳統(tǒng)行業(yè)，最初木工生產(chǎn)主要以手工和簡(jiǎn)單工具加工為主，生產(chǎn)效率非常低，根本滿(mǎn)足不了市場(chǎng)的需求，于是木工雕刻機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

木工雕刻機(jī)主要應(yīng)用在木門(mén)和仿古家具等行業(yè)，主要是對(duì)木材進(jìn)行花型、波紋和鏤空等加工，大大提高了以前傳統(tǒng)手工加工的效率、精度和產(chǎn)品的一致性。

目前家具廠商采用的木工雕刻機(jī)大部分用的還是步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，由于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速低、步進(jìn)角距大使得雕刻機(jī)的雕刻速度慢，并且雕刻精度較差，這就直接影響了家具廠的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)品質(zhì)，而且步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)容易產(chǎn)生丟步，發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)也不能及時(shí)糾正，從而造成材料的損失。交流伺服系統(tǒng)作為高轉(zhuǎn)速和高細(xì)分精度的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，在此有著無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)，但是交流伺服價(jià)格較貴，不利于降低成本。

深圳漢德保公司憑借多年運(yùn)動(dòng)控制行業(yè)的專(zhuān)業(yè)背景，研發(fā)出ED系列混合伺服系統(tǒng)，有效地平衡了步進(jìn)、伺服在速度、精度、價(jià)格三方面的矛盾，具有很高的性?xún)r(jià)比。該系統(tǒng)的混合伺服電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩輸出下轉(zhuǎn)速能達(dá)到2000RPM，編碼器線(xiàn)數(shù)2500PPR，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用4倍頻技術(shù)對(duì)控制脈沖4細(xì)分后可使電機(jī)每圈分辨率達(dá) 10000PPR。顯然無(wú)論其速度還是精度都大大超過(guò)了木工雕刻機(jī)的要求。

二、電氣結(jié)構(gòu)及工藝流程

木工雕刻機(jī)系統(tǒng)一般包括以下幾個(gè)部分：

數(shù)控系統(tǒng)：采用客戶(hù)己研制開(kāi)發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)。

主軸系統(tǒng)：采用一體式的電主軸，由變頻器驅(qū)動(dòng)。

進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：滾珠絲桿、彈性連軸器、線(xiàn)性導(dǎo)軌、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

木工數(shù)控雕刻機(jī)的工作過(guò)程由以下幾部分組成：

(1)將待雕刻的圖案文字信息，按照標(biāo)準(zhǔn)的指令格式編寫(xiě)成程序，有輸入部分送入計(jì)算機(jī)。

(2)計(jì)算機(jī)部分經(jīng)過(guò)處理、運(yùn)算，將各個(gè)坐標(biāo)軸的分量，送給各個(gè)軸的驅(qū)動(dòng)電路。

(3)驅(qū)動(dòng)電路帶動(dòng)各個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并進(jìn)行反饋控制，將主軸電機(jī)移送到精確的位置。

(4)重復(fù)上述步驟，最終完成待雕刻的圖案或文字。

木工雕刻操作流程示意圖

三、漢德保混合伺服系統(tǒng)

漢德保混合伺服電機(jī)內(nèi)置增量式光電編碼器(2500線(xiàn)或1000線(xiàn)可選)，適配漢德保混合伺服驅(qū)動(dòng)器，徹底解決開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)丟步的問(wèn)題，提升機(jī)器加工速度和精度。通過(guò)優(yōu)化的磁路設(shè)計(jì)，選用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片和耐高溫永磁體材料，提高電機(jī)功率密度，提升電機(jī)平穩(wěn)性，顯著降低電機(jī)溫升。產(chǎn)品線(xiàn)涵括20~86機(jī)座、0.1NM~12NM多種電機(jī)型號(hào)。

性能指標(biāo)	步進(jìn)	伺服	混合伺服
控制方式	開(kāi)環(huán)，有丟步現(xiàn)象	閉環(huán)，無(wú)丟步現(xiàn)象	閉環(huán)，無(wú)丟步現(xiàn)象
速度	1000rpm以下	額定3000rpm	最高3000rpm
精度	由電機(jī)步距角決定	由編碼器精度決定	由編碼器精度決定
轉(zhuǎn)矩特性	力矩隨速度升高下降很快	恒定力矩輸出	在高速時(shí)（如2000rpm以上），力矩下降較快
運(yùn)動(dòng)特性	低頻振動(dòng)，停止時(shí)不抖動(dòng)	停止時(shí)有微振	零速停止穩(wěn)定，高速停止時(shí)不抖動(dòng)
電機(jī)溫升	在高速或頻繁啟停時(shí)發(fā)熱較嚴(yán)重， 可能會(huì)影響電機(jī)壽命	溫升小	介于步進(jìn)與伺服之間
成本	低	高	中
適用場(chǎng)合	對(duì)速度、精度要求不高場(chǎng)合	對(duì)速度、精度要求高場(chǎng)合	短距離快速啟停場(chǎng)合，對(duì)速度、精度要求較高場(chǎng)合

木工雕刻操作流程示意圖

三、漢德保混合伺服系統(tǒng)

漢德保混合伺服電機(jī)內(nèi)置增量式光電編碼器(2500線(xiàn)或1000線(xiàn)可選)，適配漢德保混合伺服驅(qū)動(dòng)器，徹底解決開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)丟步的問(wèn)題，提升機(jī)器加工速度和精度。通過(guò)優(yōu)化的磁路設(shè)計(jì)，選用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片和耐高溫永磁體材料，提高電機(jī)功率密度，提升電機(jī)平穩(wěn)性，顯著降低電機(jī)溫升。產(chǎn)品線(xiàn)涵括20~86機(jī)座、0.1NM~12NM多種電機(jī)型號(hào)。

性能指標(biāo)	步進(jìn)	伺服	混合伺服
控制方式	開(kāi)環(huán)，有丟步現(xiàn)象	閉環(huán)，無(wú)丟步現(xiàn)象	閉環(huán)，無(wú)丟步現(xiàn)象
速度	1000rpm以下	額定3000rpm	最高3000rpm
精度	由電機(jī)步距角決定	由編碼器精度決定	由編碼器精度決定
轉(zhuǎn)矩特性	力矩隨速度升高下降很快	恒定力矩輸出	在高速時(shí)（如2000rpm以上），力矩下降較快
運(yùn)動(dòng)特性	低頻振動(dòng)，停止時(shí)不抖動(dòng)	停止時(shí)有微振	零速停止穩(wěn)定，高速停止時(shí)不抖動(dòng)
電機(jī)溫升	在高速或頻繁啟停時(shí)發(fā)熱較嚴(yán)重， 可能會(huì)影響電機(jī)壽命	溫升小	介于步進(jìn)與伺服之間
成本	低	高	中
適用場(chǎng)合	對(duì)速度、精度要求不高場(chǎng)合	對(duì)速度、精度要求高場(chǎng)合	短距離快速啟停場(chǎng)合，對(duì)速度、精度要求較高場(chǎng)合

三、漢德保混合伺服系統(tǒng)

漢德保混合伺服電機(jī)內(nèi)置增量式光電編碼器(2500線(xiàn)或1000線(xiàn)可選)，適配漢德保混合伺服驅(qū)動(dòng)器，徹底解決開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)丟步的問(wèn)題，提升機(jī)器加工速度和精度。通過(guò)優(yōu)化的磁路設(shè)計(jì)，選用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片和耐高溫永磁體材料，提高電機(jī)功率密度，提升電機(jī)平穩(wěn)性，顯著降低電機(jī)溫升。產(chǎn)品線(xiàn)涵括20~86機(jī)座、0.1NM~12NM多種電機(jī)型號(hào)。

性能指標(biāo)	步進(jìn)	伺服	混合伺服
控制方式	開(kāi)環(huán)，有丟步現(xiàn)象	閉環(huán)，無(wú)丟步現(xiàn)象	閉環(huán)，無(wú)丟步現(xiàn)象
速度	1000rpm以下	額定3000rpm	最高3000rpm
精度	由電機(jī)步距角決定	由編碼器精度決定	由編碼器精度決定
轉(zhuǎn)矩特性	力矩隨速度升高下降很快	恒定力矩輸出	在高速時(shí)（如2000rpm以上），力矩下降較快
運(yùn)動(dòng)特性	低頻振動(dòng)，停止時(shí)不抖動(dòng)	停止時(shí)有微振	零速停止穩(wěn)定，高速停止時(shí)不抖動(dòng)
電機(jī)溫升	在高速或頻繁啟停時(shí)發(fā)熱較嚴(yán)重， 可能會(huì)影響電機(jī)壽命	溫升小	介于步進(jìn)與伺服之間
成本	低	高	中
適用場(chǎng)合	對(duì)速度、精度要求不高場(chǎng)合	對(duì)速度、精度要求高場(chǎng)合	短距離快速啟停場(chǎng)合，對(duì)速度、精度要求較高場(chǎng)合

◆內(nèi)置增量式光電編碼器(2500線(xiàn)或1000線(xiàn)可選)

◆輸出轉(zhuǎn)矩大 ，高轉(zhuǎn)速

◆電機(jī)發(fā)熱小，噪音低，效率高

◆高速停止平穩(wěn)快速，無(wú)零速振蕩運(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)噪聲小

◆響應(yīng)速度快，適合頻繁啟停的場(chǎng)合

四、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試結(jié)果

該雕刻機(jī)的基本參數(shù)如下：

A系列木工雕刻機(jī)---1325
有效行程范圍	2500*1260*200mm	主軸轉(zhuǎn)速	18000r/min
最大加工尺寸	2480*1240*160mm	快移速度	25m/min
臺(tái)面尺寸	2500*1230mm	最大工作速度	15m/min
傳動(dòng)形式	X/Y齒條；Z絲杠	驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)	漢德保混合伺服
臺(tái)面結(jié)構(gòu)	條形真空吸附/普通臺(tái)面	工作電壓	AC380/3PH/50HZ
主軸功率	3.0/4.5/6.0KW

漢德保公司的配置方案為（X/Y/Z）：ED34混合伺服驅(qū)動(dòng)器 + EMH3403 混合伺服電機(jī)

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試證明，雕刻速度堪比伺服電機(jī)，在產(chǎn)品波紋及平滑度上明顯優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)，具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

漢德保混合伺服系統(tǒng)在雕刻機(jī)上的應(yīng)用，對(duì)于國(guó)產(chǎn)機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)在該行業(yè)形成突破具有重大意義。項(xiàng)目對(duì)國(guó)產(chǎn)品牌步進(jìn)/伺服系統(tǒng)在數(shù)控雕刻機(jī)領(lǐng)域的高端應(yīng)用起到十分積極的作用。