应用方案：汉德保混合伺服电机在木工雕刻机上的应用

一、应用背景

近几年随着房地产的迅猛发展，带动了木门、家具和家居装潢等行业市场需求量的急增。由于木工行业在我国是传统行业，最初木工生产主要以手工和简单工具加工为主，生产效率非常低，根本满足不了市场的需求，于是木工雕刻机应运而生。

木工雕刻机主要应用在木门和仿古家具等行业，主要是对木材进行花型、波纹和镂空等加工，大大提高了以前传统手工加工的效率、精度和产品的一致性。

目前家具厂商采用的木工雕刻机大部分用的还是步进电机系统，由于步进电机转速低、步进角距大使得雕刻机的雕刻速度慢，并且雕刻精度较差，这就直接影响了家具厂的生产效率和生产品质，而且步进电机系统容易产生丢步，发生错误时也不能及时纠正，从而造成材料的损失。交流伺服系统作为高转速和高细分精度的运动控制系统，在此有着无与伦比的优势，但是交流伺服价格较贵，不利于降低成本。

深圳汉德保公司凭借多年运动控制行业的专业背景，研发出ED系列混合伺服系统，有效地平衡了步进、伺服在速度、精度、价格三方面的矛盾，具有很高的性价比。该系统的混合伺服电机在恒转矩输出下转速能达到2000RPM，编码器线数2500PPR，驱动器内部采用4倍频技术对控制脉冲4细分后可使电机每圈分辨率达 10000PPR。显然无论其速度还是精度都大大超过了木工雕刻机的要求。

二、电气结构及工艺流程

木工雕刻机系统一般包括以下几个部分：

数控系统：采用客户己研制开发的数控系统。

主轴系统：采用一体式的电主轴，由变频器驱动。

进给驱动系统：滚珠丝杆、弹性连轴器、线性导轨、伺服驱动系统。

其拓扑结构如下：

木工数控雕刻机的工作过程由以下几部分组成：

(1)将待雕刻的图案文字信息，按照标准的指令格式编写成程序，有输入部分送入计算机。

(2)计算机部分经过处理、运算，将各个坐标轴的分量，送给各个轴的驱动电路。

(3)驱动电路带动各个轴转动，并进行反馈控制，将主轴电机移送到精确的位置。

(4)重复上述步骤，最终完成待雕刻的图案或文字。

木工雕刻操作流程示意图

三、汉德保混合伺服系统

汉德保混合伺服电机内置增量式光电编码器(2500线或1000线可选)，适配汉德保混合伺服驱动器，彻底解决开环步进电机丢步的问题，提升机器加工速度和精度。通过优化的磁路设计，选用优质冷轧硅钢片和耐高温永磁体材料，提高电机功率密度，提升电机平稳性，显著降低电机温升。产品线涵括20~86机座、0.1NM~12NM多种电机型号。

性能指标	步进	伺服	混合伺服
控制方式	开环，有丢步现象	闭环，无丢步现象	闭环，无丢步现象
速度	1000rpm以下	额定3000rpm	最高3000rpm
精度	由电机步距角决定	由编码器精度决定	由编码器精度决定
转矩特性	力矩随速度升高下降很快	恒定力矩输出	在高速时（如2000rpm以上），力矩下降较快
运动特性	低频振动，停止时不抖动	停止时有微振	零速停止稳定，高速停止时不抖动
电机温升	在高速或频繁启停时发热较严重， 可能会影响电机寿命	温升小	介于步进与伺服之间
成本	低	高	中
适用场合	对速度、精度要求不高场合	对速度、精度要求高场合	短距离快速启停场合，对速度、精度要求较高场合

木工雕刻操作流程示意图

三、汉德保混合伺服系统

汉德保混合伺服电机内置增量式光电编码器(2500线或1000线可选)，适配汉德保混合伺服驱动器，彻底解决开环步进电机丢步的问题，提升机器加工速度和精度。通过优化的磁路设计，选用优质冷轧硅钢片和耐高温永磁体材料，提高电机功率密度，提升电机平稳性，显著降低电机温升。产品线涵括20~86机座、0.1NM~12NM多种电机型号。

性能指标	步进	伺服	混合伺服
控制方式	开环，有丢步现象	闭环，无丢步现象	闭环，无丢步现象
速度	1000rpm以下	额定3000rpm	最高3000rpm
精度	由电机步距角决定	由编码器精度决定	由编码器精度决定
转矩特性	力矩随速度升高下降很快	恒定力矩输出	在高速时（如2000rpm以上），力矩下降较快
运动特性	低频振动，停止时不抖动	停止时有微振	零速停止稳定，高速停止时不抖动
电机温升	在高速或频繁启停时发热较严重， 可能会影响电机寿命	温升小	介于步进与伺服之间
成本	低	高	中
适用场合	对速度、精度要求不高场合	对速度、精度要求高场合	短距离快速启停场合，对速度、精度要求较高场合

三、汉德保混合伺服系统

汉德保混合伺服电机内置增量式光电编码器(2500线或1000线可选)，适配汉德保混合伺服驱动器，彻底解决开环步进电机丢步的问题，提升机器加工速度和精度。通过优化的磁路设计，选用优质冷轧硅钢片和耐高温永磁体材料，提高电机功率密度，提升电机平稳性，显著降低电机温升。产品线涵括20~86机座、0.1NM~12NM多种电机型号。

性能指标	步进	伺服	混合伺服
控制方式	开环，有丢步现象	闭环，无丢步现象	闭环，无丢步现象
速度	1000rpm以下	额定3000rpm	最高3000rpm
精度	由电机步距角决定	由编码器精度决定	由编码器精度决定
转矩特性	力矩随速度升高下降很快	恒定力矩输出	在高速时（如2000rpm以上），力矩下降较快
运动特性	低频振动，停止时不抖动	停止时有微振	零速停止稳定，高速停止时不抖动
电机温升	在高速或频繁启停时发热较严重， 可能会影响电机寿命	温升小	介于步进与伺服之间
成本	低	高	中
适用场合	对速度、精度要求不高场合	对速度、精度要求高场合	短距离快速启停场合，对速度、精度要求较高场合

◆内置增量式光电编码器(2500线或1000线可选)

◆输出转矩大 ，高转速

◆电机发热小，噪音低，效率高

◆高速停止平稳快速，无零速振荡运行平稳，振动噪声小

◆响应速度快，适合频繁启停的场合

四、现场调试结果

该雕刻机的基本参数如下：

A系列木工雕刻机---1325
有效行程范围	2500*1260*200mm	主轴转速	18000r/min
最大加工尺寸	2480*1240*160mm	快移速度	25m/min
台面尺寸	2500*1230mm	最大工作速度	15m/min
传动形式	X/Y齿条；Z丝杠	驱动系统	汉德保混合伺服
台面结构	条形真空吸附/普通台面	工作电压	AC380/3PH/50HZ
主轴功率	3.0/4.5/6.0KW

汉德保公司的配置方案为（X/Y/Z）：ED34混合伺服驱动器 + EMH3403 混合伺服电机

现场测试证明，雕刻速度堪比伺服电机，在产品波纹及平滑度上明显优于步进电机，具有很强的竞争力。

汉德保混合伺服系统在雕刻机上的应用，对于国产机电自动化系统技术在该行业形成突破具有重大意义。项目对国产品牌步进/伺服系统在数控雕刻机领域的高端应用起到十分积极的作用。