數控機床是制造業皇冠上的明珠，2023年中國數控機床市場規模達到4128億人民幣，2020年-2024年預計保持8.53%的復合增長率。

我國高端數控裝備控制系統，國產化率偏低，急需提升。根據前瞻研究院數據，2018年中國低檔數控機床國產化率約82%，中檔數控機床國產化率約65%，高檔數控機床國產化率僅約6%。

《中國制造2025》規劃中明確提出“高端數控機床與基礎設施裝備”之具體目標如下：“到2025年，高檔數控機床與基礎制造裝備國內市場占有率超過80%。高檔數控機床與基礎制造裝備總體進入世界強國行列”。

傳統機床分類

傳統數控機床種類繁多，應用場景廣泛。固高科技的產品覆蓋了車床、銑床、鉆床、磨床、齒輪加工、電加工等豐富的機床場景。GSHD系列伺服驅動器在立式雕銑機床、加工中心、車銑復合機床和高精密磨床等領域都獲得了規模化應用。

案例講解

本文主要介紹GSHD系列伺服驅動器在國產化五軸刀具磨床的應用案例及其調試方法。

五軸數控刀具磨床的設備圖

設備一般由：

砂輪主軸：通過高速，穩定的旋轉磨切工件；

X軸：橫向移動的伺服電機；

Y軸：前后移動的伺服電機；

Z軸：帶著磨頭軸上下移動的伺服電機；

A軸：旋轉工件的dd馬達；

C軸：帶著工作臺整體旋轉的dd馬達；

和進給運動部件、輔助部件、立柱、機座等組成。 

在此基礎上，砂輪可以以任意角度接近工件加工，實現5軸聯動。這種磨削方式靈活穩定，加工精度高，借助豎直鏡頭更容易觀測實時位置，對安全也有保障。

解決方案

附：卡右邊網口為出線A口，左為回線B口。

模塊為cn1進線，cn2出線。

該類型數控機床機床調試的重點是：高精度、高速度、高穩定性、聯動性和智能性。固高科技協助某客戶自研了系列高精度五軸數控刀具磨床。

初始方案：xyzac軸如上所示，XYZ進給軸編碼器為單光柵尺反饋，0.1μm分辨率，要求達到0.5μm的全行程跟隨誤差。

改進前效果

XYZ進給軸絲桿導程為5mm，編碼器分辨率為5000μm÷0.1μm=50000個脈沖。加工時主軸轉速4000，以0.6的進給速率加工直線，往返加工四次。最初的加工效果如下：

從上圖可以看到，伺服驅動器位置誤差曲線有明顯的固定振動頻率。速度環，位置環增益因為該低頻共振導致無法提升，從而進一步降低系統跟速誤差，且由于電機末端沒有安裝編碼器無法進行齒槽轉矩補償，最終導致數控磨床系統加工效果不穩定。

改進后工藝效果

經固高技術團隊研究后確定使用GSHD系列伺服驅動器的全閉環功能。在電機模塊添加了1000000分辨率的增量式abz編碼器作為電機編碼器充當第一路編碼器。這樣第一路的主編電機編碼器負責伺服系統準確電流換相，第二路的尺子負責位置閉環，兩者配合，可產生更穩定，更精準的控制效果。

GSHD系列伺服驅動器全閉環的設置靈活， C3，C4硬件接口都可配置為第二編碼器，目前 C3接口僅支持增量式編碼器。（EtherCAT型驅動器C3接口支持絕對式和增量式編碼器接入） 

注意：在使用兩路編碼器的時候，設置主編碼器必須是電機的編碼器，而不是執行機構的末端編碼器。

(注：配置完第二路編碼器之后需要驗證主編碼器與第二路編碼器方向是否一致。添加“Pos”和“SecondPos”兩個變量，分別為主編碼器反饋及第二編碼器反饋，手推或者電壓開環監控曲線是否同增同減，如果不是則在第二路編碼器配置中將第二路編碼器取反。)

改進后效果圖

使用GSHD系列伺服驅動器的全閉環控制不僅使系統跟隨誤差顯著減小，且偏差整體加工面更加平整沒有明顯的刀紋，速度穩定性明顯提升，勻速段的速度波動穩定的1%內，在直線和圓弧加工中都達到了較為完美的效果，效果也達到了終端客戶認可。

固高科技于1999年由香港科技大學的李澤湘、高秉強、吳宏三位機器人、微電子和運動控制領域的國際知名學者和專家所創辦，是亞太地區首家擁有自主知識產權, 專業從事運動控制及智能制造核心技術研究與開發的高科技企業，是國內外全互聯智能制造綜合解決方案提供商之一。固高科技專注于運動控制、伺服驅動、多維感知、工業現場網絡和工業軟件五個方向的核心技術研究，通過深入的國內外合作、產學研相結合、積極培育系統集成商等創新的商業模式，將固高科技的運控技術及產品廣泛應用于微電子、機器人、數控機床、電子加工、檢測、印刷、包裝及生產自動化等工業控制領域。

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