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項(xiàng)目背景

隨著設(shè)備工藝的不斷提高，在木工產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中，也越來越常使用加工中心作為生產(chǎn)設(shè)備。加工中心的優(yōu)勢是帶有多把刀具，采用刀庫的形式進(jìn)行快速換刀能夠顯著提升加工效率，因此換刀的形式非常重要。臺達(dá)針對某木工加工雙伺服刀庫的需求，提供了以CNC數(shù)控系統(tǒng)NC200系列為主的伺服刀庫控制解決方案，提升木工加工中心自動換刀的效率，減少停機(jī)換刀等輔助時間，從而實(shí)現(xiàn)不間斷加工，提高生產(chǎn)效能。

項(xiàng)目方案

刀庫刀塔系統(tǒng)是提供自動化加工過程中所需的儲刀及換刀需求的一種裝置，其自動換刀機(jī)構(gòu)及可以儲放多把刀具的刀庫或刀塔，憑借CNC數(shù)控系統(tǒng)的控制，可以完成各種不同的加工需求，如銑削、鉆孔、搪孔、攻牙等，大幅縮短加工時間，降低生產(chǎn)成本。

刀庫刀塔系統(tǒng)的換刀效率、系統(tǒng)穩(wěn)定性、操作時間等直接影響生產(chǎn)效能。對于追求高效生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)而言，臺達(dá)伺服驅(qū)動器ASDA-A2系列是最佳選擇。因此為了提高加工效率，必須對換刀時間進(jìn)行優(yōu)化處理。臺達(dá)針對設(shè)備和客戶的需求，開發(fā)出專用伺服刀庫解決方案，可以配置16把刀具，分成兩個刀庫，針對工藝切換不同刀具，實(shí)現(xiàn)高效率加工。

臺達(dá)雙伺服刀庫CNC數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用解決方案以CNC數(shù)控系統(tǒng)NC200系列為主，同時配置了伺服驅(qū)動器ASDA-A2系列、ASDA-B2系列及伺服電機(jī)ECMA系列等，另外，該方案也采用臺達(dá)變頻器進(jìn)行支持。該方案可通過參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行分度換刀，不需外部計(jì)數(shù)開關(guān)，并通過臺達(dá)DMCNET總線進(jìn)行數(shù)據(jù)控制，提高換刀速度，減少故障點(diǎn)。

其中，臺達(dá)推出的高性能CNC數(shù)控系統(tǒng)NC200系列，采用高性能的嵌入式硬件設(shè)計(jì)，可滿足高速、高精的金屬切削加工控制。在此方案中，NC200系列同時兼顧加工中心的加工控制以及換刀動作。為了更好地控制換刀速度和精度，NC200系列專門為客戶設(shè)計(jì)定制化的界面，客戶可以清晰地應(yīng)用畫面中的軟按鍵，控制外部汽缸動作，還可設(shè)置上料位置和結(jié)束位置，提供安全設(shè)置參數(shù)。

此外，方案中的伺服驅(qū)動器可滿足整個刀庫精準(zhǔn)定位控制的需要，大大縮短換刀周期，并且整體提升系統(tǒng)穩(wěn)定性，讓架構(gòu)變得更簡單。伺服驅(qū)動器ASDA-A2系列內(nèi)置運(yùn)動控制模式，支持多種軸控操作需求，速度循環(huán)的響應(yīng)頻率為1kHz，搭配20-bit 分辨率編碼器，提供精準(zhǔn)定位及平順控制特色。

項(xiàng)目特點(diǎn)

該方案的難點(diǎn)是雙伺服刀庫的設(shè)計(jì)，刀具旋轉(zhuǎn)均靠伺服本身進(jìn)行控制，CNC數(shù)控系統(tǒng)NC200系列只下達(dá)命令刀號，伺服驅(qū)動主軸自動抓取兩個刀庫中刀號從T1~T16的刀具。而伺服所設(shè)定的刀庫數(shù)量為8，當(dāng)下達(dá)T9時，伺服無法收到T9命令，只能接受1-8命令值。對此在不修改韌體的基礎(chǔ)上，通過MACRO進(jìn)行命令搬移。實(shí)現(xiàn)T1-T16的命令切換。

另外，臺達(dá)刀庫控制解決方案支持增量命令與絕對命令，控制模式為速度、扭力與位置控制，接受 64位（bit）的雙精度浮點(diǎn)數(shù)，讓系統(tǒng)的運(yùn)算更精準(zhǔn)且操作方式更靈活多元；此方案的特色是應(yīng)用臺達(dá)DMCNET高速運(yùn)控控制通訊總線達(dá)到用1毫秒更新12軸命令，且可將多軸臺達(dá)伺服與輸出入模塊，悉數(shù)連接到PCI運(yùn)動控制軸卡，旋轉(zhuǎn)電機(jī)、線性電機(jī)、數(shù)字模塊、模擬模塊、混合模塊、或脈沖輸出入模塊等，完成信息交換、工藝演算、命令控制等所有必要的運(yùn)動控制需求，具有配線簡易，同步性佳，操控容易等特性。

臺達(dá)解決方案提供客戶設(shè)置加工所用的刀具坐標(biāo)，以便更精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)自動換刀，并對每把刀的長度進(jìn)行補(bǔ)償，也可實(shí)現(xiàn)對刀位置、測量速度、對刀起點(diǎn)、最低機(jī)械值等設(shè)置，進(jìn)行計(jì)算對刀儀高度和工件高度差值，執(zhí)行自動對刀。

項(xiàng)目總結(jié)

以臺達(dá)CNC數(shù)控系統(tǒng)NC200系列為主的伺服刀庫控制解決方案，通過臺達(dá)DMCNET總線控制，顯著提高了換刀速度，比普通刀庫單次節(jié)約時間多達(dá)20秒，提高了木工加工中心雙伺服刀庫自動換刀效率，使客戶加工效率得到提升，滿足客戶高效率生產(chǎn)需求。

摘自《自動化博覽》2019年5月刊