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星辰智能浅谈数控系统对伺服电机的控制

时间:2020-12-30    作者:星辰智能

  伺服电机操控技能正朝着沟通化、数字化、智能化三个方向打开。作为数控机床的执行机构,伺服体系将电力电子器材、操控、驱动及维护等集为一体,并跟着数字脉宽调制技能、特种电机材料技能、微电子技能及现代操控技能的跋涉,经历了从步进到直流,然后到沟通的打开进程。本文对其技能现状及打开趋势作扼要探讨。

  一、数控机床伺服体系

  (一)开环伺服体系。开环伺服体系不设检测反应设备,不构成运动反应操控回路,电动机按数控设备宣布的指令脉冲作业,对运动过错没有检测反应和处理修正进程,选用步进电机作为驱动器材,机床的方位精度完全取决于步进电动机的步距角精度和机械部分的传动精度,难以到达比较高精度要求。步进电动机的转速不可能很高,运动部件的速度受到限制。但步进电机结构简略、可靠性高、本钱低,且其操控电路也简略。所以开环操控体系多用于精度和速度要求不高的经济型数控机床。

  (二)全闭环伺服体系。闭环伺服体系首要由比较环节、伺服驱动放大器,进给伺服电动机、机械传动设备和直线位移丈量设备组成。对机床运动部件的移动量具有检测与反应修正功用,选用直流伺服电动机或沟通伺服电动机作为驱动部件。能够选用直接设备在作业台的光栅或感应同步器作为方位检测器材,来构成高精度的全闭环方位操控体系。体系的直线位移检测器设备在移动部件上,其精度首要取决于位移检测设备的精度和灵敏度,其发生的加工精度比较高。但机械传动设备的刚度、冲突阻尼特性、反向空地等各种非线性要素,对体系稳定性有很大影响,使闭环进给伺服体系设备调试比较复杂。因而只是用在高精度和大型数控机床上。

  (三)半闭环伺服体系。半闭环伺服体系的作业原理与全闭环伺服体系相同,相同选用伺服电动机作为驱动部件,能够选用内装于电机内的脉冲编码器,无刷旋转变压器或测速发电机作为方位/ 速度检测器材来构成半闭环方位操控体系,其体系的反应信号取自电机轴或丝杆上,进给体系中的机械传动设备处于反应回路之外,其刚度等非线性要素对体系稳定性没有影响,设备调试比较便利。机床的定位精度与机械传动设备的精度有关,而数控设备都有螺距过错补偿和空地补偿等项功用,在传动设备精度不太高的情况下,能够运用补偿功用将加工精度行进到满足的程度。故半闭环伺服体系在数控机床中运用很广。


  二、伺服电机操控功用优胜

  (一)低频特性好。步进电机易出现低速时低频振荡现象。沟通伺服电机不会出现此现象,作业十分平稳,沟通伺服体系具有共振按捺功用,可包含机械的刚性缺乏,并且体系内部具有频率解析机能,可检测出机械的共振点,便于体系调整。

  (二)操控精度高。沟通伺服电机的操控精度由电机轴后端的旋转编码器确保。例如松下全数字式沟通伺服电机,关于带17位编码器的电机而言,驱动器每接纳217=131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

  (三)过载能力强。步进电机不具有过载才华,为了打败惯性负载在发动瞬间的惯性力矩,选型时需求选取额外转矩比负载转矩大许多的电机,构成了力矩浪费的现象。而沟通伺服电机具有较强的过载才华,例如松下沟通伺服体系中的伺服电机的最大转矩到达额外转矩的三倍,可用于打败发动瞬间的惯性力矩。

  (四)速度照顾快。步进电机从中止加快到额外转速需求200~400毫秒。沟通伺服体系的速度照顾较快,例如松下MSMA 400W沟通伺服电机,从中止加快到其额外转速仅需几毫秒。

  (五)矩频特性佳。步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时转矩会急剧下降,所以其最高作业转速一般在300~600RPM。沟通伺服电机为恒力矩输出,即在其额外转速(一般为2000RPM或3000RPM)以内,都能输出额外转矩。

  三、伺服电机操控展望

  伺服电机操控技能的打开推进加工技能的高速高精化。80年代以来,数控体系逐步运用伺服电机作为驱动器材。沟通伺服电机内是无刷结构,几乎不需修理,体积相对较小,有利于转速和功率的行进。现在沟通伺服体系已在很大范围内替代了直流伺服体系。在当代数控体系中,沟通伺服替代直流伺服、软件操控替代硬件操控成为了伺服技能的打开趋势。由此发生了运用在数控机床的伺服进给和主轴设备上的沟通数字驱动体系。跟着微处理器和全数字化沟通伺服体系的打开,数控体系的计算速度大大行进,采样时刻大大减少。硬件伺服操控变为软件伺服操控后,大大地行进了伺服体系的功用。例如OSP-U10/U100网络式数控体系的伺服操控环便是一种高功用的伺服操控网,它对进行自律操控的各个伺服设备和部件完结了分散装备,网络连接,进一步发挥了它对机床的操控能力和通讯速度。这些技能的发展,使伺服体系功用改进、可靠性行进、调试便利、柔性增强,大大推进了高精高速加工技能的打开。

  其他,先进传感器检测技能的打开也极大地行进了沟通电动机调速体系的动态照顾功用和定位精度。沟通伺服电机调速体系一般选用无刷旋转变压器、混合型的光电编码器和绝对值编码器作为方位、速度传感器,其传感器具有小于1μs的照顾时刻。伺服电动机本身也在向高速方向打开,与上述高速编码器协作完结了 60m/min甚至100m/min的快速进给和1g的加快度。为确保高速时电动机旋转更加滑润,改进了电动机的磁路规划,并协作高速数字伺服软件,可确保电动机即使在小于1μm翻滚时也显得滑润而无匍匐。

  (二)沟通直线伺服电机直接驱动进给技能已趋成熟。数控机床的进给驱动有“旋转伺服电机+精细高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动” 两种类型。传统的滚珠丝杠工艺老练加工精度较高,完结高速化的本钱相对较低,所以现在运用广泛。运用滚,珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min,加快度 1.5g。但滚珠丝杠是机械传动,机械元件间存在弹性变形、冲突和反向空地,相应会构成运动滞后和非线性过错,所以再进一步行进滚珠丝杠副移动速度和加快度比较难了。90年代以来,高速高精的大型加工机床中,运用直线电机直接驱动进给驱动方法。它比滚珠丝杠驱动具有刚度更高、速度范围更宽、加快特性更好、运动惯量更小、动态照顾功用更佳,作业更平稳、方位精度更高级优点。且直线电机直接驱动,不需中心机械传动,减小了机械磨损与传动过错,减少了维护作业。直线电机直接驱动与滚珠丝杠传动相比,其速度行进30倍,加快度行进10倍,最大达10g,刚度行进7倍,最高照顾频率达100Hz,还有较大的打开地步。当时,在高速高精加工机床领域中,两种驱动方法还会并存恰当长一段时刻,但从打开趋势来看,直线电机驱动所占的比重会愈来愈大。种种迹象表明,直线电机驱动在高速高精加工机床上的运用已进入加快增长期。

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