H600伺服在立式加工中心上的解决方案

本文主要介绍了上海御能动力H600高精度伺服系统作为进给驱动在立式加工中心上的应用解决方案。

1、立式加工中心

立式加工中心是指主轴为垂直状态的加工中心，其结构形式多为固定立柱，工作台为长方形，无分度回转功能，适合加工盘、套、板类零件，它一般具有三个直线运动坐标轴，并可在工作台上安装一个沿水平轴旋转的回转台，用以加工螺旋线类零件。

立式加工中心装卡方便，便于操作，易于观察加工情况，调试程序容易，应用广泛。

2、加工中心技术要求

3、伺服与上位机的接线示意图

上位机跟伺服驱动器之间只靠一根工业网线通过ETHERCAT通讯来实现数据的传输与反馈，接线简单，同步性高，速率快。

4.1H600伺服所应用的EtherCAT通讯

EtherCAT是开放的实时以太网络通讯协议，最初由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff Automation GmbH) 研发。EtherCAT为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准，同时，它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。EtherCAT的特点还包括高精度设备同步，可选线缆冗余，和功能性安全协议(SIL3)。

运行原理：

通过采用EtherCAT技术， Beckhoff突破了其它以太网解决方案的这些系统限制：不必再像从前那样在每个连接点接收以太网数据包，然后进行解码并复制为过程数据。当帧通过每一个设备（包括底层端子设备）时，EtherCAT从站控制器读取对于该设备十分重要的数据。同样，输入数据可以在报文通过时插入至报文中。在帧被传递 （仅被延迟几位）过去的时候，从站会识别出相关命令，并进行处理。此过程是在从站控制器中通过硬件实现的，因此与协议堆栈软件的实时运行系统或处理器性能无关。网段中的最后一个EtherCAT从站将经过充分处理的报文返回，这样该报文就作为一个响应报文由第一个从站返回到主站。

端子实现以太网： 系统的每个设备都保证使用完整的以太网协议，甚至每个I/O端子亦如此，无需使用子总线。只需将耦合器的传输介质由双绞线（100baseTX）转换为E总线即可满足电子端子排的要求。端子排内的E总线信号类型（LVDS）并不是专用的，它还可用于10千兆位以太网。在端子排末端，物理总线特性被转换回 100baseTX 标准。

标准以太网MAC或便宜的标准网卡（NIC）足以作为控制器中的硬件使用。DMA（直接存储器存取）用于将数据传输到PC。这意味着网络访问对CPU性能没有影响。在Beckhoff多端口卡中运用了相同的原理，它在一个PCI插槽中捆绑最多4个以太网通道。

协议： EtherCAT协议针对过程数据进行了优化，它被直接传送到以太网帧，或被压缩到UDP/IP数据报文中。UDP协议在其它子网中的 EtherCAT网段由路由器进行寻址的情况下使用。以太网帧可能包含若干个EtherCAT 报文，每个报文专门用于特定存储区域，该存储区域可编制大小达4GB的逻辑过程镜像。由于数据链独立于EtherCAT端子物理顺序，因此可以对EtherCAT端子进行任意编址。从站之间可进行广播、多点传送和通讯。

除了符合主站/从站原理的数据交换外，EtherCAT还非常适用于控制器之间（主站/主站）的通讯。可自由编址的过程数据网络变量以及各种参数化、诊断、编程和远程控制服务，可以满足众多要求。用于主站/从站和主站/主站通讯的数据接口是相同的。

性能： EtherCAT在网络性能上达到了一个新的高度。1000个分布式I/O数据的刷新周期仅为30μs，其中包括端子循环时间。通过一个以太网帧，可以交换高达1486字节的过程数据，几乎相当于12000个数字量I/O。而这一数据量的传输仅用300μs。

与100个伺服轴的通讯只需100μs。在此期间，可以向所有轴提供设置值和控制数据，并报告它们的实际位置和状态。分布式时钟技术保证了这些轴之间的同步时间偏差小于1微秒。

利用 EtherCAT 技术的优异性能，可以实现用传统现场总线系统所无法实现的控制方法。这样，通过总线也可以形成超高速控制回路。以前需要本地专用硬件支持的功能现在可在软件中加以映射。巨大的带宽资源使状态数据与任何数据可并行传输。EtherCAT技术使得通讯技术与现代高性能的工业PC相匹配。总线系统不再是控制理念的瓶颈。分布式I/O的数据传递超过了只能由本地I/O接口才能实现的性能。

4.2现场电控柜结构图片

试机过程中为考验伺服驱动器散热不良的环境下工作，故意将其安装紧靠在一起，长时间运行，在散热不良的环境下运行，H600，试机结果没有任何问题。

4.3加工工件图片

加工工件表面光洁度很好，并且没有象限凸起（在圆弧插补过程中，由于XY轴过象限交点而引起的表面象限楞凸起）的痕迹。整个圆弧插补的过程，XY轴伺服进给高响应性的结果。

H600伺服在立式加工中心上的应用，与上位机通过通过采用EtherCAT技术， Beckhoff突破了其它以太网解决方案的这些系统限制，在网络性能上达到了一个新的高度。也正因为此，工件在加工过程中由于各轴的高度同步性，加工效果，非常的令人惊叹，这将是机床加工领域驱动进给方向的一个新的突破。

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