P_type CCC 實現於 CNC 攻牙機

我們將 P_type CCC 實現在 CNC 剛性攻牙上，圖 5-8 為我們使用的機台，表 5-3 則是機台所使用之馬達規格，控制器為新代科技公司提供，使用的刀具為 M6，pitch 設定為 1 mm，加工的材料是鋁，整體架構如圖 5-9 所示，在新代控制 器固有的架構下，維持其參數設定並加入 P_type CCC。表 5-4 為空載測試，可 以發現使用原本新代的控制器時，在主軸轉速超過 2000 rpm 以後最大同動誤差 都超過 10 um，使用 P_type CCC 後，補償器增益維持在 8 可以使最大同動誤差 降低，但仍然無法改善至 10 um 以內，然而我們在每個主軸轉速下將補償器增益 調整至最好的情況下，可以讓最大同動誤差即使在 6000 rpm 也能維持在 10 um 以內。因此我們根據空載的實驗結果，執行實作攻牙命令，結果如表 5-5 所示，

即使在實際攻牙時，根據主軸轉速調整至最佳的補償器增益，可以使最大同動誤 差改善至 10 um 以內。

圖 5-8 CNC 攻牙機

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表 5-3 CNC 工具機馬達之規格

機台型號 ARES / R4530

軸向 XY Z C

驅動器型號 SGDM-10AD SGDM-20AD VE2.04(7.5HP)

馬達種類 永磁馬達 永磁馬達 感應馬達(4 極)

馬達型號

SGMGH- 10ACA6C

SGMGH- 20ACA6C

SVM-90M (晟昌氣冷)

額定功率 (KW) 0.85 1.8 3.7

額定電流 (A) 7.1 16.7 17.87

額定扭力 (N-m) 5.39 11.5 11.67

額定轉速 (rpm) 1500 1500 3000

最大轉速 (rpm) 3000 3000 12000

(a)固有新代控制器整體架構

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(b)加入 P_type CCC 整體架構 圖 5-9 CNC 攻牙機整體控制架構

表 5-4 CNC 工具機空載測試結果(um) 新代控制器

(Kpx=Kpy=30)

P_type CCC (C^*= 8)

P_type CCC (調整至最佳 C^*) 1000 8.68 8.12 7.27 (C^*=15) 2000 13.56 11.36 8.30 (C^*=20) 3000 14.45 12.45 7.63 (C^*=22) 4000 16.46 13.22 7.98 (C^*=23) 5000 14.51 12.11 7.19 (C^*=25) 6000 16.74 14.26 8.34 (C^*=28)

控制器

主軸轉速(rpm)

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表 5-5 CNC 工具機實際攻牙結果(um) 新代控制器

(Kpx=Kpy=30)

P_type CCC (C^*= 8)

P_type CCC (調整至最佳 C^*) 1000 9.22 7.96 6.8 (C^*=15) 2000 12.73 10.88 8.54 (C^*=20) 3000 13.84 12.26 7.63 (C^*=22) 4000 15.44 13.64 7.74 (C^*=23) 5000 14.76 12.88 6.48 (C^*=25) 6000 16.50 13.52 8.83 (C^*=28) 註:可接受之攻牙品質，最大同動誤差需小於 10 um

5.6 小結

由於在一般驅動器上難以實現 V_type CCC，故我們新推導出 P_type CCC 架 構，將原先從速度迴路補償的補償值，改由相對應的量從位置迴路補償，理論上 可達到相同的運動精密度改善效果。相關之成果整理如下：

1. 模擬結果

在沒有網路延遲的情況下，V_type 和 P_type CCC 的補償效果相同。

而有網路延遲時，V_type CCC 在延遲 16 ms 時發散，但 P_type CCC 仍 然維持穩定。

2. 實驗結果

(a) 取樣頻率不同

加入 P_type CCC 整合控制器後的最大同動誤差為 8.0 um，比 使用 V_type CCC 整合控制器的 4.3 um 還要大，主要是因為 P_type 控制器

主軸轉速(rpm)

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CCC 是補償在位置迴路，而位置迴路之取樣頻率較速度迴路為慢，

所導致補償效果較差。

(b) 網路延遲

V_type CCC 架構在延遲 5 ms 時即已發散，但 P_type CCC 依 然保持穩定。雖然 P_type CCC 的補償效果因取樣頻率較低而較差，

但是網路延遲容忍度比 V_type CCC 好，甚至延遲到 9 ms 時仍維持 良好的運動經度，並且更容易實現於一般驅動器上。

3. 攻牙結果

將 P_type CCC 架構應用在實際攻牙上，使最大同動誤差獲得改善，

在不同的主軸轉速下，有其最佳的補償器增益值。若調整至最佳增益 值，即使主軸轉速在 6000 rpm 的情況下，最大同動誤差仍然在 10 um 以內。

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