เซอร์โวมอเตอร์สำหรับเครื่องตัดเลเซอร์: การควบคุมการเคลื่อนที่ของแกน X/Y

การเลือก เซอร์โวมอเตอร์สำหรับเครื่องตัดด้วยเลเซอร์ จะเริ่มต้นด้วยข้อกำหนดในการเคลื่อนที่ของแต่ละแกน มวลที่เคลื่อนที่ ความเร่ง อัตราการส่งผ่าน รอบการทำงาน และความเข้ากันได้ของคอนโทรลเลอร์ล้วนมีความสำคัญ กำลังไฟฟ้าของมอเตอร์เพียงอย่างเดียวไม่สามารถกำหนดความเร็วตัดหรือความแม่นยำของตำแหน่งได้

สำหรับผู้สร้างเครื่องจักรและผู้ซื้อชุดติดตั้งเพิ่มเติม จุดมุ่งหมายคือการเลือกมอเตอร์และไดรฟ์ที่เข้ากันได้ที่สามารถเคลื่อนที่ไปในวิถีที่ต้องการภายในขีดจำกัดข้อผิดพลาดที่กำหนดไว้ ระบบกลไก ตัวควบคุม CNC และกระบวนการเลเซอร์ต้องรองรับเป้าหมายประสิทธิภาพเดียวกัน

คู่มือนี้เน้นที่การควบคุมการเคลื่อนที่ของแกน X/Y รวมถึงขนาดมอเตอร์ ผลป้อนกลับ การซิงโครไนซ์โครงสำหรับตั้งสิ่งของไดรฟ์คู่ และการทดสอบการใช้งาน

เซอร์โวมอเตอร์สนับสนุนการควบคุมการเคลื่อนที่ของแกน X/Y อย่างไร

เครื่องตัดเลเซอร์จะประสานการเคลื่อนที่ของแกนกับเอาท์พุตเลเซอร์เพื่อติดตามเส้นทางที่ตั้งโปรแกรมไว้ ข้อผิดพลาดในการเคลื่อนไหวอาจส่งผลต่อรูปทรงของชิ้นส่วน ในขณะที่การสั่นและการเปลี่ยนแปลงความเร็วที่ไม่เหมาะสมอาจส่งผลต่อการตัด

อย่างไรก็ตาม คุณภาพของขอบยังขึ้นอยู่กับโฟกัส กำลังเลเซอร์ ก๊าซช่วยเหลือ วัสดุ และการตั้งค่ากระบวนการด้วย การอัพเกรดเซอร์โวไม่สามารถแก้ไขข้อบกพร่องในการตัดทั้งหมดได้

ทำความเข้าใจกับภาระในแต่ละแกน

ในการจัดเรียงโครงสำหรับตั้งสิ่งของแบบเคลื่อนที่ทั่วไป แกนหนึ่งจะเคลื่อนแคร่หัวตัดไปตามสะพาน ส่วนอีกส่วนหนึ่งจะเคลื่อนย้ายชุดประกอบสะพาน รวมถึงแคร่และอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้อง

ชื่อแกนจะแตกต่างกันไปตามการออกแบบเครื่องจักร ยืนยันเค้าโครงจริงแทนที่จะคิดว่า X บรรทุกน้ำหนักที่เบากว่าเสมอ

รวมตัวยึดสายเคเบิล ท่อ ข้อต่อ และชุดมอเตอร์หรือกระปุกเกียร์ที่กำลังเคลื่อนที่ในการประเมินโหลด

ผลป้อนกลับแบบวงปิดทำหน้าที่อะไร

ระบบเซอร์โวใช้การตอบรับเพื่อควบคุมการเคลื่อนไหว ขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรม ตำแหน่ง ความเร็ว และฟังก์ชันการควบคุมปัจจุบันจะถูกแชร์ระหว่างตัวควบคุมและไดรฟ์

ข้อเสนอแนะช่วยให้ระบบตรวจจับและแก้ไขความเบี่ยงเบน ไม่รับประกันว่าจะเกิดข้อผิดพลาดเป็นศูนย์ในระหว่างการเร่งความเร็วหรือการตัด กำหนดข้อผิดพลาดในการติดตามและรูปร่างที่ยอมรับได้ จากนั้นตรวจสอบภายใต้สภาพการปฏิบัติงานที่เป็นตัวแทน

ข้อเสนอแนะที่ติดมอเตอร์จะวัดเพลามอเตอร์ ฟันเฟือง การยืดของสายพาน และการโก่งตัวของโครงสร้างที่อยู่ด้านล่างของเอ็นโค้ดเดอร์นั้นอาจยังคงส่งผลต่อตำแหน่งของหัวตัด

สเต็ปเปอร์แบบวงเปิดอาจสูญเสียตำแหน่งหากมีการโอเวอร์โหลดโดยไม่ตรวจพบข้อผิดพลาด สเต็ปเปอร์และเซอร์โวแบบวงปิดให้ข้อเสนอแนะและลักษณะการทำงานที่แตกต่างกัน เปรียบเทียบประสิทธิภาพความเร็วแรงบิดจริงกับการใช้งาน

วิธีปรับขนาดเซอร์โวมอเตอร์สำหรับเครื่องตัดเลเซอร์

เริ่มต้นด้วยโปรไฟล์การเคลื่อนไหวที่ต้องการและระบบส่งกำลังทางกล คำนวณแต่ละแกนแยกกันก่อนเลือกชุดขับเคลื่อนมอเตอร์

ตรวจสอบแรงบิดสูงสุด การทำงานต่อเนื่อง และความเร็ว

มอเตอร์จะต้องให้แรงบิดเพียงพอเพื่อเร่งโหลดและเอาชนะความต้านทาน นอกจากนี้ยังต้องอยู่ภายในขีดจำกัดความร้อนตลอดวงจรการทำงาน

ตรวจสอบ:

• แรงบิดสูงสุดระหว่างการเร่งความเร็วและการชะลอตัว

• แรงบิด RMS เหนือรอบการทำงานตัวแทน

• ความเร็วมอเตอร์ที่ต้องการที่ความเร็วแกนสูงสุด

• แรงบิดที่มีอยู่ที่ความเร็วนั้น

• ขับเคลื่อนความจุปัจจุบันและระยะเวลาโอเวอร์โหลด

• พลังงานชะลอความเร็วและการจัดการที่เกิดใหม่

• อุณหภูมิแวดล้อมและสภาวะการติดตั้ง

แรงบิด RMS มีประโยชน์สำหรับการประเมินความร้อน แต่การรับน้ำหนักเกินเป็นเวลานานยังต้องตรวจสอบขีดจำกัดการทำงานที่อนุญาตของมอเตอร์และไดรฟ์ด้วย

ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังพิกัดคือ:

แรงบิด (N·m) = 9550 × กำลัง (kW) ÷ ความเร็ว (รอบต่อนาที)

ตัวอย่างเช่น ที่ความเร็วพิกัด 3,000 รอบต่อนาที 400 W สอดคล้องกับประมาณ 1.27 N·m ในขณะที่ 750 W สอดคล้องกับประมาณ 2.39 N·m นี่เป็นตัวอย่างการคำนวณ ไม่ใช่ข้อกำหนดเฉพาะสำหรับมอเตอร์ทุกตัวในระดับกำลังเหล่านั้น

พวกเขาไม่ได้สร้างความเร็วเชิงเส้นคงที่ เช่น 300 หรือ 600 มม./วินาที ความเร็วเชิงเส้นขึ้นอยู่กับรูปทรงของสกรูลีด พูลเล่ย์หรือพีเนียน อัตราส่วนการส่งกำลัง และความเร็วของมอเตอร์ ความเร็วตัดยังขึ้นอยู่กับกระบวนการเลเซอร์ด้วย

ประเมินความเฉื่อยที่สะท้อนกลับ

การจับคู่ความเฉื่อยจะเปรียบเทียบความเฉื่อยของโหลดที่สะท้อนไปยังเพลามอเตอร์กับความเฉื่อยของโรเตอร์ของมอเตอร์ ไม่ใช่การเปรียบเทียบโดยตรงระหว่างมวลโครงสำหรับตั้งสิ่งของและมวลมอเตอร์

สำหรับโหลดแบบหมุนที่อยู่ด้านหลังกระปุกเกียร์ลด ความเฉื่อยของโหลดที่สะท้อนจะลดลงตามกำลังสองของอัตราส่วนการลด การแปลโหลดจำเป็นต้องมีการคำนวณตามการจัดเรียงของสกรู รอก หรือการจัดเรียงแบบแร็คแอนด์พีเนียน

ไม่มีข้อกำหนดสากลที่จะรักษาแกนเลเซอร์ทุกแกนให้ต่ำกว่าอัตราส่วน 5:1 อัตราส่วนที่ยอมรับได้ขึ้นอยู่กับไดรฟ์ ความแข็งเชิงกล เป้าหมายการตอบสนอง และความสามารถในการปรับแต่ง

มอเตอร์ความเฉื่อยต่ำอาจลดแรงบิดที่จำเป็นในการเร่งความเร็วโรเตอร์ของตัวเอง มอเตอร์ที่มีความเฉื่อยสูงกว่าอาจเหมาะกับโหลดบางประเภท แต่ยังเพิ่มความต้องการการเร่งความเร็วด้วย ไม่มีตัวเลือกใดที่ดีกว่าโดยอัตโนมัติ

เลือกเกียร์ด้วยมอเตอร์

กระปุกเกียร์สามารถลดความเฉื่อยโหลดด้านมอเตอร์และเพิ่มแรงบิดเอาท์พุต ขณะเดียวกันก็ทำให้เกิดฟันเฟือง ความสอดคล้อง การสูญเสีย และส่วนประกอบเพิ่มเติม

ระบบขับเคลื่อนด้วยสายพาน บอลสกรู ระบบแร็คแอนด์พีเนียน และมอเตอร์เชิงเส้นตรงมีข้อดีข้อเสียที่แตกต่างกัน การมีเพศสัมพันธ์โดยตรงสามารถใช้ได้เมื่อเป็นไปตามข้อกำหนดของแรงบิด ความเร็ว ความแข็ง และความเฉื่อย

รีวิว ไทเกอร์ โมชั่น เซอร์โวมอเตอร์มาตรฐาน เทียบกับข้อกำหนดที่คำนวณไว้ ตรวจสอบเส้นโค้งความเร็วแรงบิด ความเฉื่อยของโรเตอร์ การกำหนดค่าป้อนกลับ และไดรฟ์ที่เข้ากันได้ของรุ่นที่เลือก ก่อนที่จะสรุปการออกแบบ

ผลตอบรับของตัวเข้ารหัส ความเข้ากันได้ของคอนโทรลเลอร์ และการซิงโครไนซ์โครงสำหรับตั้งสิ่งของ

มอเตอร์ที่เหมาะสมยังคงต้องมีไดรฟ์และตัวควบคุมการเคลื่อนไหวที่เข้ากันได้ ยืนยันสถาปัตยกรรมการควบคุมที่สมบูรณ์ก่อนที่จะซื้อฮาร์ดแวร์

ความละเอียดของตัวเข้ารหัสไม่ใช่ความแม่นยำของเครื่องจักร

ความละเอียดของตัวเข้ารหัสจะอธิบายวิธีการแสดงตำแหน่งเชิงมุมอย่างละเอียด ตัวอย่างเช่น ค่าตำแหน่งเลี้ยวเดียว 17 บิตมีตำแหน่งที่แตกต่าง 131,072 ตำแหน่งต่อการปฏิวัติ ค่า 23 บิตมี 8,388,608

ตัวเลขเหล่านี้ไม่ได้ระบุความแม่นยำของตัวเข้ารหัสหรือความแม่นยำในการวางตำแหน่งหัวตัด

ประสิทธิภาพของเครื่องจักรยังขึ้นอยู่กับข้อผิดพลาดในการส่ง ระยะฟันเฟือง การโก่งตัวของโครงสร้าง การจัดตำแหน่ง อุณหภูมิ และพฤติกรรมการควบคุม แยกแยะความแตกต่างระหว่างความละเอียดของตัวเข้ารหัส ความแม่นยำของตำแหน่ง ความสามารถในการทำซ้ำ และความแม่นยำของรูปร่างแบบไดนามิก

สำหรับการจับคู่มอเตอร์ไดรฟ์ ให้ตรวจสอบอินเทอร์เฟซและการกำหนดค่าตัวเข้ารหัส ตัวเข้ารหัสความละเอียดสูงจะมีประโยชน์ก็ต่อเมื่อไดรฟ์รองรับและระบบกลไกจะได้รับประโยชน์จากตัวเข้ารหัสเท่านั้น

จับคู่อินเทอร์เฟซกับคอนโทรลเลอร์

เครือข่ายพัลส์/ทิศทางและการเคลื่อนที่ทางอุตสาหกรรมเป็นอินเทอร์เฟซคำสั่งที่เป็นไปได้ พัลส์/ทิศทางเป็นแบบดิจิตอล ไม่ควรอธิบายว่าเป็นการเชื่อมต่อแบบอะนาล็อก

EtherCAT สามารถรองรับการเคลื่อนที่หลายแกนแบบซิงโครไนซ์ได้ แต่จะไม่กำจัดข้อผิดพลาดของรูปร่างหรือรับประกันความเข้ากันได้โดยอัตโนมัติ

CypCut, ระบบที่ใช้ Ruida และ LinuxCNC ครอบคลุมการกำหนดค่าฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่แตกต่างกัน ตรวจสอบรุ่นคอนโทรลเลอร์และเอกสารประกอบที่ถูกต้อง แทนที่จะอาศัยชื่อซอฟต์แวร์เพียงอย่างเดียว การติดตั้งเพิ่มเติมไม่จำเป็นต้องมีการเขียนโปรแกรม FPGA แบบกำหนดเองโดยธรรมชาติ

โครงสำหรับตั้งสิ่งของแบบดูอัลไดรฟ์จำเป็นต้องมีการควบคุมที่ประสานกัน

โครงสำหรับตั้งสิ่งของขนาดกว้างบางอันใช้มอเตอร์สองตัวในการขับเคลื่อนฝั่งตรงข้ามของสะพาน การจัดเรียงนี้จำเป็นต้องมีการซิงโครไนซ์แบบควบคุมเพื่อจำกัดความเบ้และความเครียดทางกล

ตรวจสอบการเคลื่อนตัวของโครงสำหรับตั้งสิ่งของและการแบ่งฉาก การตรวจสอบความแตกต่างของตำแหน่ง การจัดการข้อผิดพลาด และการตอบสนองการหยุดหากไดรฟ์ตัวหนึ่งทำงานล้มเหลว

มอเตอร์สองตัวที่ได้รับคำสั่งเดียวกันไม่ได้รับประกันว่าบริดจ์จะเป็นทรงสี่เหลี่ยมโดยตัวมันเอง การจัดตำแหน่งทางกลและฟังก์ชันโครงสำหรับตั้งสิ่งของตัวควบคุมต้องทำงานร่วมกัน

การบูรณาการ การปรับแต่ง และการตรวจสอบประสิทธิภาพ

การเปลี่ยนสเต็ปเปอร์ด้วยเซอร์โวเกี่ยวข้องกับมากกว่าขนาดหน้าแปลนที่ตรงกัน ตรวจสอบรูปทรงของเพลา การติดตั้ง ความสามารถในการคัปปลิ้ง ข้อกำหนดในการจ่ายไฟ สายเคเบิลป้อนกลับ และอินเทอร์เฟซของตัวควบคุม

การเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟหรือการติดตั้งกระปุกเกียร์โดยสมบูรณ์อาจจำเป็นในการปรับปรุงบางอย่าง แต่ไม่ควรดำเนินการใดๆ ก่อนการประเมิน

ตรวจสอบกลไกก่อนที่จะเพิ่มกำไร

ตรวจสอบการวางแนวของราง การยึดชั้นวาง ความตึงของสายพาน แบริ่ง ข้อต่อ และความแข็งของโครงสร้าง การเล่นกลหรือการผูกมัดอาจทำให้เกิดอาการที่คล้ายกับปัญหาการควบคุมได้

ใช้ขั้นตอนการปรับแต่งที่ผู้ผลิตสนับสนุน การปรับจูนอัตโนมัติอาจเป็นจุดเริ่มต้น การปรับเพิ่มเติมขึ้นอยู่กับการใช้งาน

กำไรที่มากเกินไปสามารถกระตุ้นเสียงสะท้อนได้ ฟังก์ชันตัวกรองและฟีดฟอร์เวิร์ดอาจช่วยได้ แต่ไม่สามารถซ่อมแซมส่วนประกอบที่สึกหรอหรือโครงสร้างที่แข็งไม่เพียงพอได้ นอกจากนี้ ไม่ใช่ทุกไดรฟ์ที่มีโครงสร้าง PID แบบเดิมสำหรับการปรับด้วยตนเอง

ปฏิบัติตามคำแนะนำของผู้ผลิตอุปกรณ์สำหรับการต่อสายดิน การป้องกัน การเดินสายเคเบิล และการสิ้นสุด อย่าใช้กฎสากลที่ว่าโล่เข้ารหัสทุกอันจะต้องต่อสายดินที่ปลายด้านเดียวเท่านั้น

ตรวจสอบประสิทธิภาพด้วยเส้นทางตัวแทน

เริ่มต้นการทดสอบการทำงานโดยปิดการใช้งานเลเซอร์และการตั้งค่าการเคลื่อนไหวแบบระมัดระวัง ตรวจสอบทิศทาง การปรับขนาด ขีดจำกัด การกลับบ้าน และการตอบสนองข้อผิดพลาดก่อนที่จะเพิ่มประสิทธิภาพ

จากนั้นทดสอบ:

• การเคลื่อนที่ระยะไกลเพื่อพฤติกรรมด้านความเร็วและความร้อน

• การเคลื่อนไหวสั้น ๆ ซ้ำ ๆ เพื่อการเร่งความเร็วและการตกตะกอน

• วงกลมและเส้นทางแนวทแยงสำหรับการเคลื่อนที่แบบประสานกัน

• การกลับทิศทางสำหรับฟันเฟืองหรือผลการปฏิบัติตามข้อกำหนด

• การเคลื่อนที่แบบเต็มระยะเพื่อการลากและการจัดตำแหน่งสายเคเบิล

• Gantry squaring และการซิงโครไนซ์ตามความเหมาะสม

สุดท้าย ประเมินงานตัดตัวแทนโดยใช้วัสดุและการตั้งค่ากระบวนการที่กำหนดไว้ บันทึกผลลัพธ์ด้านมิติ คุณภาพรูปร่าง รอบเวลา และสัญญาณเตือน

วัดกำไรจากการผลิตจริง การอัพเกรดเซอร์โวไม่รองรับคำมั่นสัญญาสากลในการเพิ่มความเร็ว 40% หรือระยะเวลาคืนทุนคงที่

คำถามที่พบบ่อย

1. เครื่องตัดเลเซอร์ต้องใช้เซอร์โวมอเตอร์ขนาดใด

ไม่มีขนาดสากล คำนวณภาระการเคลื่อนย้าย การส่งผ่าน ความเร่ง ความเร็ว แรงเสียดทาน และรอบการทำงานสำหรับแต่ละแกน การกำหนดเครื่องจักร เช่น '1390' ไม่ได้ให้ข้อมูลเพียงพอที่จะเลือกมอเตอร์

2. เซอร์โว 750 W ดีกว่าเซอร์โว 400 W เสมอไปหรือไม่

ไม่ เปรียบเทียบเส้นโค้งความเร็วแรงบิด ความเฉื่อยของโรเตอร์ ขนาด ข้อกำหนดของไดรฟ์ และหน้าที่ด้านความร้อน กำลังพิกัดที่มากขึ้นไม่ได้ปรับปรุงความแม่นยำของรูปร่างโดยอัตโนมัติหรือทำให้รอบการตัดสั้นลง

3. เครื่องตัดเลเซอร์ทั้งหมดจำเป็นต้องใช้ EtherCAT หรือไม่?

ไม่ อินเทอร์เฟซต้องเหมาะสมกับสถาปัตยกรรมคอนโทรลเลอร์และข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ EtherCAT สามารถรองรับการเคลื่อนไหวแบบซิงโครไนซ์ ในขณะที่อินเทอร์เฟซอื่นๆ ที่เข้ากันได้อาจตอบสนองความต้องการของเครื่องได้เช่นกัน

4. ตัวเข้ารหัสความละเอียดสูงช่วยขจัดข้อผิดพลาดในการกำหนดตำแหน่งหรือไม่

ไม่ เนื่องจากให้ข้อมูลตำแหน่งที่ละเอียดกว่า แต่ข้อผิดพลาดทางกลไกและการควบคุมยังคงเกิดขึ้นได้ ตรวจสอบประสิทธิภาพตำแหน่งและรูปร่างที่ระดับเครื่องจักร

5. เหตุใดเครื่องตัดเลเซอร์จึงสั่นหลังจากการปรับปรุงเซอร์โว

สาเหตุที่เป็นไปได้ ได้แก่ อัตราขยายการควบคุมที่มากเกินไป เสียงสะท้อนทางกลไก ส่วนประกอบหลวม การวางแนวที่ไม่ตรง ความสอดคล้องในการส่งสัญญาณ หรือการตั้งค่าการเคลื่อนไหวที่ไม่เหมาะสม ตรวจสอบกลไกและตรวจทานการวินิจฉัยไดรฟ์ก่อนเปลี่ยนพารามิเตอร์การปรับแต่ง

หารือเกี่ยวกับข้อกำหนดเซอร์โวแกน X/Y ของคุณ

กำลังเลือกมอเตอร์สำหรับเครื่องตัดเลเซอร์ใหม่หรือประเมินชุดติดตั้งเพิ่มเติม แบ่งปันเค้าโครงแกน มวลที่เคลื่อนที่ รายละเอียดการส่งสัญญาณ เป้าหมายความเร็วและความเร่ง รอบการทำงาน แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ และโมเดลตัวควบคุมกับ Tiger Motion

ติดต่อ Tiger Motion เพื่อหารือเกี่ยวกับตัวเลือกมอเตอร์ และขอข้อมูลทางเทคนิคเฉพาะรุ่น รวมข้อกำหนดเกี่ยวกับตัวเข้ารหัส เพลา หน้าแปลน และสายเคเบิล เพื่อให้สามารถตรวจสอบความเข้ากันได้ก่อนเสนอราคา