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交流伺服電機(jī)在往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床中的應(yīng)用（摘錄）
閱讀：1045 發(fā)布時(shí)間：2013-12-10
我國廣泛使用的往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床中,工作臺驅(qū)動單元大多采用步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)。由于步進(jìn)電機(jī)自身的原因,使往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床加工精度、運(yùn)行速度與性能的提高受到較大影響,抑制了其發(fā)展。伺服電機(jī)的應(yīng)用,可使機(jī)床在加工精度、運(yùn)行速度及加工過程控制方面有較大的提升空間。
1步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)與交流伺服電機(jī)系統(tǒng)的差異
步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)和交流伺服電機(jī)系統(tǒng)在往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床中的應(yīng)用差異,主要體現(xiàn)在控制分辨率、矩頻特性、響應(yīng)速度、運(yùn)行平穩(wěn)性及可靠性等方面。
?。?）控制精度不同:五相十拍混合式或反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī),步矩角一般為0.36;而對于帶17位編碼器的交流伺服電機(jī),如寶瑪伺服系列中走絲采用的就是日本安川伺服電機(jī)系列,其脈沖分辨率為360/217=9.89,是步進(jìn)電機(jī)的1/3275。
?。?）低頻特性不同:步進(jìn)電機(jī)低頻時(shí)易出現(xiàn)振動;交流伺服電機(jī)具有共振抑制功能,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),無振動現(xiàn)象。
（3）矩頻特性不同:步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速的升高而下降,較高轉(zhuǎn)速時(shí)會急劇下降;交流伺服電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)是恒扭矩輸出。
?。?）過載能力不同:步進(jìn)電機(jī)無過載能力;交流伺服電機(jī)過載能力強(qiáng),通常zui大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3倍以上。
?。?）運(yùn)行性能不同:步進(jìn)電機(jī)為開環(huán)控制,啟動頻率過高會出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)和丟步現(xiàn)象,停止時(shí)易過沖;交流伺服電機(jī)為閉環(huán)控制,通過編碼器來反饋信號,進(jìn)行位置環(huán)和速度環(huán)控制,無過沖和丟步,提高了控制精度。
（6）速度響應(yīng)性能不同:步進(jìn)電機(jī)響應(yīng)慢;交流伺服電機(jī)響應(yīng)快,一般是步進(jìn)的百分之幾,zui大移動速度是步進(jìn)電機(jī)的數(shù)十倍,甚至更高。
?。?）和工作臺絲杠的聯(lián)結(jié)方式不同:步進(jìn)電機(jī)由于本身轉(zhuǎn)矩和分辨率的限制,多少采用齒輪聯(lián)結(jié)（細(xì)分電機(jī)除外）;交流伺服電機(jī)往往直聯(lián),減少了傳動誤差和傳動噪聲。
?。?）螺距補(bǔ)償:步進(jìn)電機(jī)由于沒有狀態(tài)的反饋信號和反應(yīng)速度慢,不好補(bǔ)償;交流伺服電機(jī)由于有編碼器且反應(yīng)速度快,可方便地進(jìn)行螺距補(bǔ)償,提高定位精度和重復(fù)定位精度。由于定位精度和重復(fù)定位精度高,提高了多次修刀切割后的精度,并降低了表面粗糙度值,方便地處理拐角。
2交流伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的選擇、控制及其參數(shù)整定方法
經(jīng)過對多家交流伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用比較,松下公司的交流伺服電機(jī)及其驅(qū)動系統(tǒng)在運(yùn)行性能和可靠性方面較突出,特別是其抗*力較強(qiáng),可承受電火花放電環(huán)境下較強(qiáng)的電磁騷擾。在本公司中往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床中得到較好的應(yīng)用。
2.1交流伺服電機(jī)的選擇
由于電火花線切割加工是放電加工,無切削力,再加上伺服電機(jī)的過載能力強(qiáng),所以在選擇伺服電機(jī)功率扭矩的時(shí)候,可從工作臺面的重量、負(fù)載承重、導(dǎo)軌的形式（決定摩擦系數(shù)）、zui大運(yùn)動速度等方面計(jì)算考慮。根據(jù)計(jì)算并結(jié)合實(shí)際使用情況來看,一般DK7763以下的機(jī)床選擇750W足夠了（以松下A4系列為例）,以中慣量、三相電機(jī)為好,額定轉(zhuǎn)矩大于2.4Nm,zui大轉(zhuǎn)矩大于7.1Nm。
2.2交流伺服電機(jī)的控制
?。?）控制模式
交流伺服電機(jī)驅(qū)動器一般有3種控制模式:位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制。電火花線切割機(jī)床一般采用位置控制。
?。?）指令控制方式
交流伺服電機(jī)驅(qū)動器的指令控制方式一般有3種,分別是:AB正交脈沖型、正轉(zhuǎn)脈沖+反轉(zhuǎn)脈沖、指令脈沖+指令方向
根據(jù)往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床的控制特點(diǎn),大多選用指令脈沖+指令方向類型的控制方式。由計(jì)算機(jī)內(nèi)置的控制卡發(fā)出脈沖和方向信號,控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動的速度、移動量的大小,從而使驅(qū)動工作臺按加工要求移動。如圖1所示,依次連接好伺服驅(qū)動器到伺服電機(jī)的動力線,伺服驅(qū)動器的U、V、W對應(yīng)伺服電機(jī)插頭的A、B、C,相序不能錯,否則通電時(shí)電機(jī)會生故障報(bào)警;確認(rèn)伺服驅(qū)動器和電機(jī)編碼器連接正確;確認(rèn)伺服驅(qū)動器和計(jì)算機(jī)控制卡信號連接正確。為了提高可靠性,建議電機(jī)編碼器線要直達(dá)驅(qū)動器插頭,中間不要有過渡連接。為了輸入電壓的匹配和抗干擾,建議使用380V/200V的三相伺服變壓器。
（3）參數(shù)的正確設(shè)置在正確連線的情況下,伺服控制系統(tǒng)能否正常工作,參數(shù)設(shè)置至關(guān)重要。特別是剛性（慣量比）、位置環(huán)增益、速度環(huán)增益、電子齒輪比、速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)。在不振動和不嘯叫的情況,盡量提高位置環(huán)增益和慣量比。位置環(huán)相關(guān)參數(shù)的調(diào)整對加工精度影響較大,速度環(huán)相關(guān)參數(shù)的調(diào)整對加工表面粗糙。
我國廣泛使用的往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床中,工作臺驅(qū)動單元大多采用步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)。由于步進(jìn)電機(jī)自身的原因,使往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床加工精度、運(yùn)行速度與性能的提高受到較大影響,抑制了其發(fā)展。伺服電機(jī)的應(yīng)用,可使機(jī)床在加工精度、運(yùn)行速度及加工過程控制方面有較大的提升空間。
1步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)與交流伺服電機(jī)系統(tǒng)的差異
步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)和交流伺服電機(jī)系統(tǒng)在往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床中的應(yīng)用差異,主要體現(xiàn)在控制分辨率、矩頻特性、響應(yīng)速度、運(yùn)行平穩(wěn)性及可靠性等方面。
?。?）控制精度不同:五相十拍混合式或反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī),步矩角一般為0.36;而對于帶17位編碼器的交流伺服電機(jī),如寶瑪伺服系列中走絲采用的就是日本安川伺服電機(jī)系列,其脈沖分辨率為360/217=9.89,是步進(jìn)電機(jī)的1/3275。
?。?）低頻特性不同:步進(jìn)電機(jī)低頻時(shí)易出現(xiàn)振動;交流伺服電機(jī)具有共振抑制功能,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),無振動現(xiàn)象。
（3）矩頻特性不同:步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速的升高而下降,較高轉(zhuǎn)速時(shí)會急劇下降;交流伺服電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)是恒扭矩輸出。
?。?）過載能力不同:步進(jìn)電機(jī)無過載能力;交流伺服電機(jī)過載能力強(qiáng),通常zui大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3倍以上。
?。?）運(yùn)行性能不同:步進(jìn)電機(jī)為開環(huán)控制,啟動頻率過高會出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)和丟步現(xiàn)象,停止時(shí)易過沖;交流伺服電機(jī)為閉環(huán)控制,通過編碼器來反饋信號,進(jìn)行位置環(huán)和速度環(huán)控制,無過沖和丟步,提高了控制精度。
（6）速度響應(yīng)性能不同:步進(jìn)電機(jī)響應(yīng)慢;交流伺服電機(jī)響應(yīng)快,一般是步進(jìn)的百分之幾,zui大移動速度是步進(jìn)電機(jī)的數(shù)十倍,甚至更高。
?。?）和工作臺絲杠的聯(lián)結(jié)方式不同:步進(jìn)電機(jī)由于本身轉(zhuǎn)矩和分辨率的限制,多少采用齒輪聯(lián)結(jié)（細(xì)分電機(jī)除外）;交流伺服電機(jī)往往直聯(lián),減少了傳動誤差和傳動噪聲。
?。?）螺距補(bǔ)償:步進(jìn)電機(jī)由于沒有狀態(tài)的反饋信號和反應(yīng)速度慢,不好補(bǔ)償;交流伺服電機(jī)由于有編碼器且反應(yīng)速度快,可方便地進(jìn)行螺距補(bǔ)償,提高定位精度和重復(fù)定位精度。由于定位精度和重復(fù)定位精度高,提高了多次修刀切割后的精度,并降低了表面粗糙度值,方便地處理拐角。
2交流伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的選擇、控制及其參數(shù)整定方法
經(jīng)過對多家交流伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用比較,松下公司的交流伺服電機(jī)及其驅(qū)動系統(tǒng)在運(yùn)行性能和可靠性方面較突出,特別是其抗*力較強(qiáng),可承受電火花放電環(huán)境下較強(qiáng)的電磁騷擾。在本公司中往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床中得到較好的應(yīng)用。
2.1交流伺服電機(jī)的選擇
由于電火花線切割加工是放電加工,無切削力,再加上伺服電機(jī)的過載能力強(qiáng),所以在選擇伺服電機(jī)功率扭矩的時(shí)候,可從工作臺面的重量、負(fù)載承重、導(dǎo)軌的形式（決定摩擦系數(shù)）、zui大運(yùn)動速度等方面計(jì)算考慮。根據(jù)計(jì)算并結(jié)合實(shí)際使用情況來看,一般DK7763以下的機(jī)床選擇750W足夠了（以松下A4系列為例）,以中慣量、三相電機(jī)為好,額定轉(zhuǎn)矩大于2.4Nm,zui大轉(zhuǎn)矩大于7.1Nm。
2.2交流伺服電機(jī)的控制
?。?）控制模式
交流伺服電機(jī)驅(qū)動器一般有3種控制模式:位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制。電火花線切割機(jī)床一般采用位置控制。
?。?）指令控制方式
交流伺服電機(jī)驅(qū)動器的指令控制方式一般有3種,分別是:AB正交脈沖型、正轉(zhuǎn)脈沖+反轉(zhuǎn)脈沖、指令脈沖+指令方向
根據(jù)往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床的控制特點(diǎn),大多選用指令脈沖+指令方向類型的控制方式。由計(jì)算機(jī)內(nèi)置的控制卡發(fā)出脈沖和方向信號,控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動的速度、移動量的大小,從而使驅(qū)動工作臺按加工要求移動。如圖1所示,依次連接好伺服驅(qū)動器到伺服電機(jī)的動力線,伺服驅(qū)動器的U、V、W對應(yīng)伺服電機(jī)插頭的A、B、C,相序不能錯,否則通電時(shí)電機(jī)會生故障報(bào)警;確認(rèn)伺服驅(qū)動器和電機(jī)編碼器連接正確;確認(rèn)伺服驅(qū)動器和計(jì)算機(jī)控制卡信號連接正確。為了提高可靠性,建議電機(jī)編碼器線要直達(dá)驅(qū)動器插頭,中間不要有過渡連接。為了輸入電壓的匹配和抗干擾,建議使用380V/200V的三相伺服變壓器。
（3）參數(shù)的正確設(shè)置在正確連線的情況下,伺服控制系統(tǒng)能否正常工作,參數(shù)設(shè)置至關(guān)重要。特別是剛性（慣量比）、位置環(huán)增益、速度環(huán)增益、電子齒輪比、速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)。在不振動和不嘯叫的情況,盡量提高位置環(huán)增益和慣量比。位置環(huán)相關(guān)參數(shù)的調(diào)整對加工精度影響較大,速度環(huán)相關(guān)參數(shù)的調(diào)整對加工表面粗糙。
我國廣泛使用的往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床中,工作臺驅(qū)動單元大多采用步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)。由于步進(jìn)電機(jī)自身的原因,使往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床加工精度、運(yùn)行速度與性能的提高受到較大影響,抑制了其發(fā)展。伺服電機(jī)的應(yīng)用,可使機(jī)床在加工精度、運(yùn)行速度及加工過程控制方面有較大的提升空間。