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英威騰伺服系統在數控車床上的解決方案

發布時間:2013-04-10

1、概述

  數控(NumericalControl,簡稱NC)是20世紀50年代發展起來的一種自動控制技術,是用數字信號對機床的運動及加工過程進行控制的一種方法。在數控技術中引進計算機技術,稱為CNC(ComputerNumericalControl),CNC具有柔性好、功能強、可靠性高、經濟性好以及易于實現機電一體化等特點,使數控技術在質的方面完成了一次飛躍。

 

2、數控機床的特點
    數控機床是具有兩軸聯動、半閉環控制的數控機床。機床具有高剛性的結構設計和吸震性,以保證高精度的切削加工。對控制進給軸X、Z軸的伺服驅動器及電機要求有高的動態響應特性及精確的定位精度,使機床的刀架移動快速、穩定且定位精度高。
    對于機床的主軸,必須是高速、高剛性的主軸,有快速的啟停特性,有著高效率及低噪音的設計,這樣可以使零件的加工效率高、精度高,高速也就意味著高的生產效率。

 

3、交流伺服主軸驅動系統與變頻的區別及工作原理

   主軸驅動系統是數控機床的大功率執行機構,其功能是接受數控系統(CNC)的S碼速度指令及M碼輔助功能指令,驅動主軸進行切削加工。數控加工中心對主軸有較高的控制要求,首先要求在大力矩、強過載能力的基礎上實現寬范圍無級變速,其次要求在自動換刀動作中實現定角度停止(即準停),這使加工中心主軸驅動系統比一般的變頻調速系統或小功率交流伺服系統在電路設計和運行參數整定上具有更大的難度。主軸的驅動可以使用交流變頻或交流伺服2種控制方式,交流變頻主軸能夠無級變速但不能準停,需要另外裝設主軸位置傳感器,配合CNC系統PMC (指數控系統內置PLC)的邏輯程序來完成準停速度控制和定位停止;交流伺服主軸本身即具有準停功能,其自身的軸控PLC信號可直接連接至CNC系統的PMC,配合簡捷的PMC邏輯程序即可完成準停定位控制,且后者的控制精度遠遠高于前者。

    交流伺服主軸驅動系統由主軸驅動單元、主軸電動機和檢測主軸速度與位置的旋轉編碼器3部分組成,主要完成閉環速度控制,但當主軸準停時則完成閉環位置控制。由于數控機床的主軸驅動功率較大,所以主軸電動機采用鼠籠式感應電動機結構形式,旋轉編碼器可以在主軸外安裝,也可以與主軸電動機做成一個整體,主軸驅動單元的閉環控制、矢量運算均由內部的高速信號處理器及控制系統實現。CNC系統向主軸驅動單元發出速度指令驅動單元將該指令與旋轉編碼器測出的實際速度相比較,經數字化的速度調節器和磁鏈函數發生器運算,得到轉子當前的希望力矩與希望磁鏈矢量再分別與實際力矩、磁鏈運算結果相比較,且經過力矩、磁鏈調節器運算得到等效直流電動機(兩相旋轉軸系)的轉矩電流分量和勵磁電流分量換進入兩相靜止軸系,最后經2/3矢量變換進入三相靜止軸系,得到變頻裝置的三相定子電流希望值,通過控制SPWM驅動器及IGBT變頻主回路使負載三相電流跟隨希望值,就可以完成主軸的速度閉環控制。 

 

4、系統設計
4.1、數控車床系統架構
  (1)主軸系統:H600伺服主軸系統(4.5KW)
  (2)進給驅動系統:滾珠絲杠+彈性連軸器+直線滾動導軌+DB100系列伺服驅動系統。

  (3)系統是合作商杭州正嘉系統610TC
   以下是驅動器與系統各接頭連接圖:

4.2、伺服性能分析

 

    對于主軸伺服H600 快速響應:速度環250us,位置環500us, 支持電子凸輪及電子齒輪,支持工業以太網EtherCAT,支持17位編碼器,多種編碼器接口,支持類型包括:增量式光電編碼器、串行通訊編碼器、正余弦編碼器、旋轉變壓器。在該機床上的應用H600伺服高效穩定性保證了機床的主軸高性能。

對于進給軸X、Z的伺服性能的要求主要是伺服系統有較高的動態響應及較高的定位精度。DB100系列伺服基于DSP+FPGA+IPM的硬件平臺,有著穩定性好、可靠性高、響應快、操作簡單的特點,速度響應頻寬為500HZ;具有共振抑制功能,可以精確調諧,消除震動;控制精度可以達到1個脈沖,最大的輸入頻率可以達到500Kpps,這都很好的保證了進給軸所需驅動的要求。


5、結束語
   使用御能動力H600主軸伺服及DB100通用進給系列驅動器的數控車床能達到數控機床設計的性能要求。主軸高速穩定,進給軸具有啟停迅速,運行平穩、提高切削精度與效率等良好的特點。

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