摘  要：本文主要介（jiè）紹台達ASDA-B2伺服在水刀上的應用，主要包（bāo）括（kuò）：水刀切割的應用行業，其所具備的行業優勢；數控水刀的主要配置架構，以（yǐ）及係統對伺服定位精度（dù）和響應速（sù）度（dù）的高要求，對於行業應用具備（bèi）相當的借鑒意義。

     關鍵詞：台達B2伺服（fú） 水切割　電機  控製（zhì）
 

      1、 前言

      人類自古就（jiù）利用水流的衝擊力，製成水（shuǐ）車、水磨（mó）等水力機械。如果水流從高壓水（shuǐ）槍中噴出，其（qí）衝擊力就更（gèng）大。前蘇（sū）聯用於采煤工業（yè），名曰水力采煤。高速噴出的水流受阻於煤（méi）層（céng），速度驟（zhòu）然下降，頃刻間會產生足夠大的衝（chōng）擊力，使煤層出現脆性斷（duàn）裂，完成采煤作業。受此啟發，前蘇聯科學家開（kāi）發出高壓水噴（pēn）流切割技術，而美國公司取得了此項技術的專利權，使之（zhī）商品化。水刀（dāo）應用的行業麵非常廣泛，航空、汽車、石（shí）材、陶（táo）瓷、玻璃、金屬、混凝土等行業上，而隨著產品（pǐn）的成熟和應用麵的擴大，超高壓數控水切割機（水刀）逐漸進入一個成（chéng）長期，這也要（yào）歸功於機械工業（yè）近些年的長足發展，依托於更高精度的（de）數字化平台，可以應用水刀進行精細加工（gōng），將水切割應用範圍擴展（zhǎn）到行業更加廣闊（kuò）的金屬加工領域，而不是僅僅局限在（zài）玻璃、陶瓷、石材等材（cái）料的加工。

      以金屬切割為例，各種加（jiā）工手段呈現百花齊放態勢，包（bāo）括激光、火焰切割（等離子切（qiē）割（gē））、電火花切割、線切割等。各種切割手段各有優勢，又都存在（zài）一定的局限性，各自占領了一部分市（shì）場。但在眾多的切割手段中，水（shuǐ）切（qiē）割屬於一種特殊的冷態切割，直（zhí）接利用加磨料水（shuǐ）射流的（de）動能對金屬進行切削而（ér）達（dá）到切割目的，切割過程中無（wú）化學變化，具有（yǒu）對切割材質理化性能無影響、無熱變形、切縫（féng）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（rú）玻璃、陶瓷、複合材料（liào）、反光材料、化纖（xiān）、熱敏感材料等。實際加工效果圖如圖1所示。

      圖1 實際加工效果圖

      隨著人們對水切割技術了解的（de）進一步加深，市場逐漸認識到水切割技術在金（jīn）屬切割（gē）行業的獨特優勢。以激光切割為例進（jìn）行比較，激光在金屬薄板切割方麵，其速度和精度要優於水切（qiē）割，但一（yī）般而言，激光很難切（qiē）割大於16mm的金屬板（尤其是有色金屬），而（ér）且激光切（qiē）割（gē）材料（liào）的周邊仍有一定的熱影響區；水刀（dāo）切割金屬材料厚度一般可（kě）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（dá）±0.10mm，可用於精密成形切割。此外，水切割在（zài）有色金屬和不鏽（xiù）鋼的切割方麵還有著獨到之處（chù），無（wú）反光影響和邊緣損失，再加上水刀對切割材料沒（méi）有限製。綜合這些因素，很多早期選擇激光或其它切割手段的用戶轉（zhuǎn）而選用水切（qiē）割。

      在（zài）金屬切割行業中，追求高質量，高效（xiào）率（lǜ）的直接成形（xíng）加工，是目前國際上的主流發展（zhǎn）趨勢，“水刀”切割機正是針對這種需求而（ér）在相關的技（jì）術應用上不斷創新：隨著（zhe）包括（kuò）精密（mì）滾珠絲杆、伺服電（diàn）機、諧振減速單元等技術的出現，機床（chuáng）可以達到更高的位置精度、反向間（jiān）隙補償（cháng）以及重複定位精度（dù）的提高。因此，機床製造廠商將更（gèng）大（dà）的精力投入到機床幾何誤差產生（shēng）的原因分析上，通過（guò）采用球杆測量儀和激光幹（gàn）涉儀等高精度測量器具檢測機床幾何精度，並建立誤差映射表來給予精度修正，以此製造高精度機床。數控機床零部件材料和元器件的選用、製（zhì）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。

       2、 工藝要求

      由於“水（shuǐ）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以內。同時，加砂水射流的噴嘴和切割頭的聚焦性能（néng）及長壽命的噴（pēn）嘴材料的技術突破（pò），配以大功率超高壓係統的連續平穩工作，應用全自動供砂、控砂和高壓水啟、停控製係統，使得“水刀”能24小時連續（xù）切割和自動加工。

      “水刀”更兼有強大的（de）計算機輔助設（shè）計和控製功（gōng）能，特別在“轉角（jiǎo）和尖角”切（qiē）割時自動減速，使得（dé）切割麵光潔圓（yuán）滑，加（jiā）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（jiù）以台達B2伺服在單臂懸梁架構數（shù）控水（shuǐ）刀設備中應用為例，介（jiè）紹如下（xià）：

      （1）  X、Y軸最大運（yùn）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（dìng）位精度：±0.05mm。
      （3）  XY真圓度：<80um。
      （4）  設備運行低（dī）噪音，高（gāo）響應。

      3 、控製係統

      3.1 硬件配置

      （1）上位機：采用DVP80EH00R2 PLC主機
      （2）驅動部分（fèn）：采用台達B2伺服和電機。如圖2所示。
      具體型號為：X軸驅動器（qì）ASDA-B2-1021-B  電機 ECMA-C21310ES。
      Y軸驅動器ASDA-B2-1021-B  電機 ECMA-C21310ES。
 
     

      （3） 人機界麵：采用DOP-B07S201的HMI設備

      3.2 係統框架

      係統框（kuàng）架如圖3所示。

       圖3 控製係統框圖（tú）

      水刀切割機控製係統（tǒng）采用台達人機界麵作為主站監控設備，利用人機界麵DOP-B07S201三（sān）個RS232通訊口。PLC主機DVP80EH00R2采用RS232通訊口與HMI設備連接，同時利用RS485通訊（xùn）口與兩個伺服驅動器ASDA-B2-1021-B相連（lián），伺（sì）服驅動器經由U、V、W端口控製伺服電機，進而控製水刀切割機的X軸和Y軸（zhóu）運作。人機界麵設定（dìng）電機目（mù）標轉（zhuǎn）速，讀取電機實際（jì）轉速。PLC主機同時通過其他輔助設備來進行（háng）外圍的輔助（zhù）相關測量動作。

      3.3 控（kòng）製係統實景

      控製係統（tǒng）機櫃實景（jǐng）圖如圖4所示：

      
 
      圖4 控製（zhì）係統機櫃實景圖

      4 、係統技術要點

      4.1 係統優點

      （1） 高（gāo）響應

      台達B2伺服優異的高速（sù）性能表現：速度響應頻寬為550Hz，命（mìng）令整訂時間可達1ms以下。空載情況（kuàng）下，額定轉速-3000rpm至3000rpm加速時間隻需10ms。

      （2） 高精度

      台達B2伺服采（cǎi）用17-bit（160，000p/rev）高（gāo）解析編碼（mǎ）器，滿足機台設備高精度定（dìng）位控製及平穩低速運（yùn）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（zhì）的設定。

      （3） 共振抑製與低噪（zào）音

      高響（xiǎng）應時，運行中會（huì）產生噪音（yīn），那麽怎麽樣來消除呢？B2伺服具備強大的自動共振（zhèn）抑製（zhì）功能，可以實現持續共振的抑製，也可以實現多達3個共振點的抑製。這（zhè）樣省去手動調（diào）節參數進行振動（dòng）抑製帶來的麻煩。而（ér）對於懸臂梁架構，就容易出現共（gòng）振，所以（yǐ）有了（le）這個功能，給客戶（hù）帶來了很大（dà）的方便。應（yīng）用台達B2伺服實際加工時偵測出的實（shí）際效果，如圖5：
 
     

      圖5 真圓度測試（shì）

      現場用的（de）是球杆測試（shì）實（shí）際效果，真圓度達到（dào）57.9um<80um完全滿足客戶（hù）的要求。

      4.2伺服增益調整

      采用（yòng）B2自動（dòng）增益調整和手動調整均可。

      利用台達B2伺（sì）服強大的（de）伺服（fú）調機（jī）軟件，方便增益（yì）的（de）調整（zhěng）與設置，見圖6。
 
     

      圖6 增益的調整（zhěng）與設置軟件界麵（miàn）

      5、 結語（yǔ）

      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（de），進而會產生機構的抖動和噪音，容易產（chǎn）生加工光潔度不好，而利用台達B2伺（sì）服高性能、低噪音（yīn）、自動共振抑製（zhì）的特點從而解決了這個問題，得到（dào）了客戶（hù）一致好（hǎo）評，目前已（yǐ）經在客戶處得到很好（hǎo）的使（shǐ）用，深得客戶之信（xìn）賴。本應用運行實踐表明，基於台達伺（sì）服（fú）產品的控製係（xì）統（tǒng）性能穩定，安（ān）全可靠，性價比高，值得業界同行借鑒和推廣（guǎng）。