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闭环步进系统在木工雕刻机上的应用

发布日期：2018-01-04 14:38

关键词：深圳市美蓓亚斯科技有限公司、闭环系列驱动器、闭环步进系列电机

一、应用背景

近几年随着房地产的迅猛发展，带动了木门、家具和家居装潢等行业市场需求量的急增。由于木工行业在我国是传统行业，最初木工生产主要以手工和简单工具加工为主，生产效率非常低，根本满足不了市场的需求，于是木工雕刻机应运而生。

木工雕刻机主要应用在木门和仿古家具等行业，主要是对木材进行花型、波纹和镂空等加工，大大提高了以前传统手工加工的效率、精度和产品的一致性。

目前家具厂商采用的木工雕刻机大部分用的还是普通开环的步进电机系统，由于步进电机转速低、步进角距大使得雕刻机的雕刻速度慢，并且雕刻精度较差，这就直接影响了家具厂的生产效率和生产品质，而且步进电机系统容易产生丢步，发生错误时也不能及时纠正，从而造成材料的损失。交流伺服系统作为高转速和高细分精度的运动控制系统，在此有着无与伦比的优势，但是交流伺服价格较贵，不利于降低成本。

深圳市美蓓亚斯科技有限公司凭借多年运动控制行业的专业背景，研发出闭环步进系统（或称混合伺服系统），有效地平衡了步进、伺服在速度、精度、价格三方面的矛盾，具有很高的性价比。该系统的混合伺服电机在恒转矩输出下转速能达到2000RPM，编码器线数2500PPR，驱动器内部采用4倍频技术对控制脉冲4细分后可使电机每圈分辨率达 10000PPR。显然无论其速度还是精度都大大超过了木工雕刻机的要求。

二、电气结构及工艺流程

木工雕刻机系统一般包括以下几个部分：

数控系统：采用客户己研制开发的数控系统。

主轴系统：采用一体式的电主轴，由变频器驱动。

进给驱动系统：滚珠丝杆、弹性连轴器、线性导轨、伺服驱动系统。

其拓扑结构如下：

木工数控雕刻机的工作过程由以下几部分组成：

(1)将待雕刻的图案文字信息，按照标准的指令格式编写成程序，有输入部分送入计算机；

(2)计算机部分经过处理、运算，将各个坐标轴的分量，送给各个轴的驱动电路；

(3)驱动电路带动各个轴转动，并进行反馈控制，将主轴电机移送到精确的位置；

(4)重复上述步骤，最终完成待雕刻的图案或文字。

三、深圳市美蓓亚斯科技有限公司闭环步进系统

深圳市美蓓亚斯科技有限公司闭环步进电机内置增量式光电编码器（2500线或1000线可选），适配我司闭环步进驱动器，彻底解决开环步进电机丢步的问题，提升机器加工速度和精度。通过优化的磁路设计，选用优质冷轧硅钢片和耐高温永磁体材料，提高电机功率密度，提升电机平稳性，显著降低电机温升。产品线涵括42~86机座、0.3NM~12NM多种电机型号。

性能指标	步进	伺服	闭环步进（混合伺服）
控制方式	开环，有丢步现象	闭环，无丢步现象	闭环，无丢步现象
速度	1000rpm以下	额定3000rpm	最高3000rpm
精度	由电机步距角决定	由编码器精度决定	由编码器精度决定
转矩特性	力矩随速度升高下降很快	恒定力矩输出	在高速时（如2000rpm以上），力矩下降较快
运动特性	低频振动，停止时不抖动	停止时有微振	零速停止稳定，高速停止时不抖动
电机温升	在高速或频繁启停时发热较严重，可能会影响电机寿命	温升小	介于步进与伺服之间
成本	低	高	中
适用场合	对速度、精度要求不高场合	对速度、精度要求高场合	短距离快速启停场合，对速度、精度要求较高场合

◆产品涵盖42~86机座，安装尺寸完全兼容同型号步进电机

◆内置增量式光电编码器（2500线或1000线可选）

◆输出转矩大，高转速

◆电机发热小，噪音低，效率高

◆高速停止平稳快速，无零速振荡运行平稳，振动噪声小

◆响应速度快，适合频繁启停的场合

四、现场调试结果

该雕刻机的基本参数如下：

A系列木工雕刻机---1325
有效行程范围	25001260200mm	主轴转速	18000r/min
最大加工尺寸	24801240160mm	快移速度	25m/min
台面尺寸	2500*1230mm	最大工作速度	15m/min
传动形式	X/Y齿条；Z丝杠	驱动系统	我司闭环步进系统
台面结构	条形真空吸附/普通台面	工作电压	AC380/3PH/50HZ
主轴功率	3.0/4.5/6.0KW