摘要：應用REXROTH  DKR係列主軸驅動器改造RENAULT自動（dòng）化數控機床，詳細（xì）介紹DKR係列（liè）主軸伺服驅動器的選型（xíng）、硬件配置、參數設定、接口信號、安全調試等。

 
      1.背景

      XF0218是RENAULT自動化1995年為神龍汽車公司襄陽工廠設計製造（zào）的一台數（shù）控車拉床，用於01發動機（jī）車間曲軸L1線EC曲（qǔ）軸（zhóu）連杆徑車拉加工。該機床數控係統采用法國（guó）NUM1060係列，主要控製軸有刀盤進給X軸，刀盤旋轉C軸（zhóu），工件旋轉主軸S軸。S軸采用機械花鍵軸連接的方法來實現頭尾架同步（bù），即頭架（jià）驅動電（diàn）機通（tōng）過減速箱驅動頭架來帶動曲軸，同時又通過一長花鍵軸將動力傳（chuán）到尾架，再經過減速箱（xiāng）使尾架與頭架實現同步，X軸使（shǐ）用光柵尺反饋保證（zhèng）加工精度，C軸和S軸使用外置編碼器保證旋轉精度，主（zhǔ）軸S軸同時使用外置傳感器檢測（cè）初（chū）始原位，保證機械手（shǒu）上下料不與卡盤幹（gàn）涉。

      由於（yú）該機床的主軸S軸工作負荷（hé）較大，加工時啟停頻繁，加之備件（jiàn）老化等原因，導致（zhì）主軸驅動器（qì）損壞率較高，維修成本居（jū）高不下。同時該型號的RAC驅動REXROTH已經停產數年，損壞（huài）的驅動（dòng）備件一般依靠（kào）外委維修來維持。為了保（bǎo）障公司的產能提（tí）升需求，降（jiàng）低維修成本，率（lǜ）先對該機床（chuáng）主軸伺服驅動實施改（gǎi）造勢在必行。

      2.主軸驅動選型

      2.1原（yuán）主軸驅動介紹

      原主軸驅動器型號為REXROTH RAC2.2-250-380-A00-W1，由數控係統NUM1060輸出±10V模擬電壓作為主軸驅動的指令電壓，主軸（zhóu）上（shàng）安裝外置編碼器為數控係統提供角（jiǎo）度位置反饋信號，實現主軸位置環控製。原數控係統和驅動器實物如圖1、圖2所示。

          圖1  NUM數控係統及REXROTH進給驅動

         圖2 原RAC主軸伺（sì）服（fú）驅動

      2.2原RAC主軸伺服係統的主要缺點

      原RAC主（zhǔ）軸伺服驅動為（wéi）REXROTH早期主軸驅（qū）動產品（pǐn），主要存在如（rú）下缺點：

      ----穩定性差，易受溫度影響而產生“零漂”，夏天尤為明顯
      ----反映其動態性能的“特征卡”由模（mó）擬元器件構成，其穩定性較（jiào）差
      ----該驅動器的控製部分由“模擬型”控製單元構成，調節精度有限，負載適應能力較差，損壞率較高
     
 
      3.新驅動器選型
 
 
      3.1選型原則
 
 
      ----主要功能匹配
      該（gāi）機床主軸具有定位功能，旋轉速度可精確調整。
      ----負載能力匹配。
      伺服驅（qū）動和原電機功率相（xiàng）匹配。
      ----電壓等級匹配
      采用（yòng）標準三相交流380V主電壓。
      ----安裝方式匹配
      新驅動尺寸大小與原驅動尺寸相差不大，便（biàn）於在電櫃原（yuán）位置安裝。

      3.2主軸伺服驅動選型

      綜合上述選（xuǎn）型（xíng）原則及匹配情況，本次改造主（zhǔ）軸驅動器選型為REXROTH主軸數字（zì）型驅動器DKR係列。同時，考慮（lǜ）到機床主軸負荷較大及原伺服驅動功率部分容易損壞的情況（原驅動為（wéi）250A），本次改造決定適當提高驅動器容量，使用300A功率單元驅動器，其型（xíng）號為DKR02.1-W300N-BA03-01-FW。另外，該型號伺服驅動可完全兼容原主軸伺服電機，因此原主軸電機不用更換。

      4.改造方（fāng）案

      4.1總體方案

      保（bǎo）留原機床控製櫃的NUM1060數控係統，保留X軸、C軸驅動（dòng）及電（diàn）機、電纜，保留原主軸伺服電機，拆除原主軸RAC伺服驅動係統，用REXROTH  DKR伺服驅動係統替換改造S軸，同時更換主軸電機動力電纜及反饋電纜。根據新舊主軸伺服驅（qū）動接口信號的差別，重新製作相（xiàng）關信號接口電纜。改（gǎi）造後電氣控製示意圖（tú）如下圖3所示。

      圖（tú）3 改造後電氣控製示意圖（tú）

      改造後，主軸伺服驅動（dòng）指令仍然使用來自（zì）原NUM1060數控係（xì）統軸卡的±10V模擬電壓，電機速度反饋信號（hào）經DKR驅（qū）動器的編碼器仿真卡（kǎ）轉換後（hòu）輸出到數控係統，實（shí）現位置環控製。

      DKR伺服驅動係統的相（xiàng）關配置（zhì）如下：

      硬件方麵：
 
     ① 驅動器（qì）功率及控製單元：DKR02.1-W300N-BA03-01-FW
     ② 固化軟件模塊（kuài）：FWA-DIAX03-AHS-03VRS-MS
     ③ 指（zhǐ）令接口板：DSS2.1M
     ④ 電機編碼器反饋板：DEA4.1M
     ⑤ 軟件模塊：DSM2.3-FW
     ⑥ 根據控製原理增加必要（yào）的電器元件如：中間繼電器、參數（shù）鑰匙、接（jiē）線端子等

     參數（shù）方麵：
 
     主軸伺服驅動參數按照實際情況（kuàng）重（chóng）新配置並調整

     4.2 DKR主軸伺服驅（qū）動各功（gōng）能接口說明

     4.2.1 DKR各功能接口定義

     圖4 DKR各功能（néng）接口定義示意圖

     圖5 DKR主軸（zhóu）驅動接口信號（hào）圖

     其中：
 
     X2:RS232接口；
     X3:模擬量診斷輸出、電源準備信號、上電（diàn）初始化；
     X4:電機（jī）編碼（mǎ）器反饋；
     X6:電機溫度及抱閘監（jiān）控；
     X7:反饋給數控的輸出信號，包括準備信（xìn）號，直流總線電壓信號，溫度報警（jǐng）等；
     X8:信號（hào）電壓，用於信號測試；
     X9：內部功率（lǜ）單元接觸器輸入控製；
     X75(U1)：指令（lìng）接口板DAE2.1M；
     X17(U2)：輸入輸出控製板（bǎn）DEA4.2M；
     X50(U3)：編碼器接口板（bǎn）DZF2.1；

     4.3新舊驅動接口區別

     從以上（shàng）新舊驅動結構圖可（kě）以（yǐ）看出，兩者之間差異點最多處在於X75,X17兩塊，其中,X17為主（zhǔ）軸定位用。
X75連接的信號有：

     ① 10V模擬電壓輸（shū）入E1、E2
     ② 動使能信號RF
     ③ 動停止信號（hào）AH
     ④ 障清除CLR
     ⑤ 部24V電源
 
     X17連接的信號有：
 
     ① Home switch
     ② Pos1
     ③ Pos2
     ④ Pos start
     ⑤ N=CMD
     ⑥ N<MIN
     ⑦ 90%Load
     ⑧ In pos
      
     X50為電機（jī）編碼器接口，接線圖（tú）如下圖6所示：

     圖6  編碼器接口信號圖
 

     4.4.線路更改（gǎi）
 

     新舊驅動主要接線對照表

     表1 新舊（jiù）驅動接（jiē）口信號更改比較
 

     4.5．PLC程序更改
 
     本次改造，需要對主軸定位控製部分和主軸解鎖修改（gǎi）部分PLC程序進（jìn）行修改（gǎi），更改後的PLC程序如圖7所示。

  
                                                       圖7

     4.6主軸定位（回零）功能的（de）實現

     該主軸（zhóu）除加工過程（chéng）中使用1400轉（zhuǎn）左右加工（gōng）零件外，還需要定位功能，以實（shí）現機械手在（zài）上下料過程中準確抓放料。為（wéi）實現此功能，需根據情（qíng）況設置以下主軸驅動器（qì）參數：

     加工（gōng）過程中回零示意圖（tú）如圖8所（suǒ）示。

     5．調試

     該伺服係統采用專用軟件“DriveTop”對各軸參數進行設定和調試。軟件“DriveTop”以係統控製原理的形式展現（xiàn）了伺（sì）服係統各單元的參數。各參數的（de）選項以下拉菜單的（de）形式供用戶選擇。用戶還可根據自己的需要組建適合自己的係統。如調節器（qì）類型選擇、擾動輸入（rù）選（xuǎn）擇、仿真（zhēn）卡選用等。此軟件還可用作伺服係統的手動動作，如選擇相應的軸（zhóu）作任意速度運轉。這個功能在調試和故障處理時很有幫助。該軟件（jiàn）還（hái）帶有示波器（qì）功能，可用於觀（guān）察伺服係（xì）統的（de）動態特性，為參數的精確配置提供（gòng）檢測工具。

     使用（yòng）DriveTop軟件設置主軸驅動器參數流程（chéng）如下：

     ① 通（tōng）訊方式設定（dìng）
     ② 電機參數設置
     ③ 操作模（mó）式選擇（zé）
     ④ 電機編碼器（qì）類型選擇
     ⑤ 齒輪傳動比及負載類（lèi）型設定
     ⑥ 速度環斜率
     ⑦ 模擬量輸入設置
     ⑧ 驅動器極限（xiàn）設置
     ⑨ 控製環（位置、速度、電流）設（shè）定
     ⑩ 回零/電機編碼器設定

     ⑪ 錯誤響應
     ⑫ 急停（tíng）功能設定
     ⑬ 狀態信息（到（dào）位（wèi）窗口等）設定
     ⑭ 主軸定位設定
     ⑮ 編碼器仿真卡設定

     本次（cì）改造（zào）調試過程中，出現過主軸定位故障和驅動器過流報（bào）警（F228），通過優化（huà）增益、加（jiā）減速度、回零速度等參數得以（yǐ）解決。

     6．結束語

     DKR係列主軸伺服驅動是REXROTH推出的一款全新的數字化的主軸驅動，具（jù）備控製精度高、相應快、性能穩定等優勢。此次改造項目完成後（hòu），效果（guǒ）顯（xiǎn）著，機床故障（zhàng）率大大降（jiàng）低，尤其是主軸伺服驅動的故障（zhàng）率明顯降低，大大提（tí）高了設備可靠性，降低了備件的消耗，為公司節約了（le）維修成本並創（chuàng）造了較大的經濟效益。同時，此（cǐ）次改造，為公司後續類似設備的改造提供了很好的技術（shù）指導作用。

      參（cān）考文獻：[1] RENAULT自動化設備資（zī）料   [2] REXROTH電氣資料光盤