高速数控钻床伺服系统说明和特点

发布时间:2018/11/1 17:17:56     浏览次数

高速数控钻床伺服体系重要由三部分构成:控制器、功率驱动装配、反馈装配和电念头。控制器照办数控体系的给定值和经由过程反馈装配检测的实际运行值的差,调节控制量;功率驱动装配作为体系的主回路,一方面按控制量的年夜小将电网中的电能感化到电念头之上,调节电念头转矩的年夜小,另一方面按电念头的请求把恒压恒频的电网供电转换为电念头所需的交换电或直流电;电念头则按供电年夜小拖念头械运转。如根据驱动电念头的类型,可将其分为直流伺服和交换伺服;根据控制器实现办法的不合,可将其分为模仿伺服和数字伺服;根据控制器中闭环的若干,可将其分为开环控制体系、单环控制体系、双环控制体系和多环控制体系。进给伺服以高速数控钻床攻丝机就是用丝锥加工内螺纹的一种机床,它是应用最广泛的一种内螺纹加工机床。按国度机械行业标准,攻丝机系列构成分为:台式攻丝机--半主动台式攻丝机、立式攻丝机、卧式攻丝机。因某种原因一种重要的应用最为广泛的分类未列入个中,即折臂攻丝机(液压攻丝机、电动攻丝机、气动攻丝机)。的各坐标为控制对象,产生高速数控钻床的切削进给活动。为此,请求进给伺服能快速调节坐标轴的活动速度,并能精确地进行地位控制。具体请求其调速范围宽、位移精度高、稳定性好、动态响应快。根据体系应用的电念头,进给伺服可细分为步进伺服、直流伺服、交换伺服和直线伺服。
  
  (一)步进伺服体系
  
  高速数控钻床步进伺服是一种用脉冲旌旗灯号进行控制,并将脉冲旌旗灯号转换成响应的角位移的控制体系。其角位移与脉冲数成正比,转速与脉冲频率成正比,经由过程改变脉冲频率可调节电念头的转速。假如停机后某些绕组仍保持通电状况,则体系还具有自锁才能。步进电念头每转一周都有固定的步数,如500步、1000步、50000步等等,从理论上讲其步距误差不会累计。步进伺服构造简单,相符体系数字化成长须要,但精度差、能耗高、速度低,且其功率越年夜移动速度越低。特别是步进伺服易于掉步,使其重要用于速度与精度请求不高的经济型高速数控钻床及旧设备改革。但近年成长起来的恒斩波驱动、PWM驱动、微步驱动、超微步驱动和混淆伺服技巧,使得步进电念头的高、低频特点获得了很年夜的进步,特别是跟着智能超微步驱动技巧的成长,将把步进伺服的机能进步到一个新的程度。
  
  (二)直流伺服体系
  
  高速数控钻床直流伺服的工作道理是建立在电磁力定律基本上。与电磁转矩相干的是互相自力的两个变量主磁通与电枢电流,它们分别控制励磁电流与电枢电流,可便利地进行转矩与转速控制。另一方面从控制角度看,直流伺服的控制是一个单输入单输出的单变量控制体系,经典控制理论完全实用于这种体系,是以,直流伺服体系控制简单,调速机能优良,在高速数控钻床的进给驱动中曾占领着主导地位。然而,从实际运行推敲,直流伺服电念头引入了机械换向装配。其成本高,故障多,保护艰苦,经常因碳刷产生的火花而影响临盆,并对其他设备产生电磁干扰。同机会械换向器的换向才能,限制了电念头的容量和速度。电念头的电枢在转子上,使得电念头效力低,散热差。为了改良换向才能,减小电枢的漏感,转子变得短粗,影响了体系的动态机能。
  
  (三)交换伺服体系
  
  针对直流电念头的缺点,假如将其做“里翻外”的处理,即把电驱绕组装在定子、转子为永磁部分,由转子轴上的编码器测出磁极地位,就构成了永磁无刷电念头,同时跟着矢量控制办法的实用化,使交换伺服体系具有优胜的伺服特点。其宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等优胜的技巧机能,使其动、静态特点已完全可与直流伺服体系相媲美。同时可实现弱磁高速控制,拓宽了体系的调速范围,适应了高机能伺服驱动的请求。
  
  今朝,在高速数控钻床进给伺服中采取的主如果永磁同步交换伺服体系,有三种类型:模仿情势、数字情势和App情势。模仿伺服用处单一,只接收模仿旌旗灯号,地位控制平日由上位机实现。数字伺服可实现一机多用,如做速度、力矩、地位控制。可接收模仿指令和脉冲指令,各类参数均以数字方法设定,稳定性好。具有较丰富的自诊断、报警功能。App伺服是基于微处理器的全数字伺服体系。其将各类控制方法和不合规格、功率的伺服电机的监控法度榜样以App实现。应用时可由用户设定代码与相干的数据即主动进入工作状况。配稀有字接口,改变工作方法、改换电念头规格时,只需重设代码即可,故也称全能伺服。
  
  交换伺服已占领了高速数控钻床进给伺服的主导地位,并跟着新技巧的成长而赓续完美,具体表如今三个方面。一是体系功率驱动装配中的电力电子器件赓续向高频化偏向成长,智能化功率模块获得普及与应用;二是基于微处理器嵌入式平台技巧的成熟,将促进先辈控制算法的应用;三是收集化制造模式的推广及现场总线技巧的成熟,将使基于收集的伺服控制成为可能。
  
  (四)直线伺服体系
  
  直线伺服体系采取的是一种直接驱动方法(多轴器俗称多孔钻、多轴钻孔器、多轴机床或多轴头,是一种新型的孔加工设备。多轴器最早涌如今日本地区,后经台湾传入年夜陆,距今已有二十年的汗青。多轴器,钻孔直径3-30mm;调中间距稀有显,可快速同步联调,一台调距范围200mm。可安装在立钻,摇臂钻,龙门铣床上应用。Direct Drive),与传统的扭转传动方法比拟,最年夜特点是撤消了电念头到工作台间数控钻重要用于钻孔、扩孔、铰孔、攻丝等加工。它是数字控制的以钻削为主的孔加工机床,因为加工中间的成长,绝年夜多半数控钻床已被加工中间代替。 [1] 在汽车、机车、造船、航空航天、工程机械行业;尤其对于超长型叠板,纵梁、构造钢、管型件等多孔系富源成海的各类年夜型零件的钻孔加工当为首选。的一切机械中心传动环节,即把机床进给传动链的长度缩短为零。这种“零传动”方法,带来了扭转驱动方法无法达到的机能指标,如加快度可达3g以上,为传统驱动装配的10~20倍,进给速度是传统的4~5倍。从电念头的工作道理来讲,直线电念头有直流、交换、步进、永磁、电磁、同步和异步等多种方法;而从构造来讲,又有动圈式、动铁式、平板型和圆筒型等情势。今朝应用到数控机床上的重要有高精度高频响小行程直线电念头与年夜推力长行程高精度直线电念头两类。直线伺服是高速高精数控机床的幻想驱动模式,受到机床厂家的看重,技巧成长敏捷。
  
  主轴伺服供给加工各类工件所需的切削功率,是以,只需完成主轴调速及正反转功能。但当请求高速数控钻床有螺纹加工、准停和恒线速加工等功能时,对主轴也提出了响应的 地位控制请求,是以,请求其输出功率年夜,具有恒转矩段 及恒功率段,有准停控制,主轴与进给联动。与进给伺服 一样,主轴伺服经历了从通俗三相异步电念头传动到直流主轴传动。跟着微处理器技巧和年夜功率晶体管技巧的进展,如今又进入了交换主轴伺服体系的时代。
  
  (一)交换异步伺服体系
  
  交换异步伺服经由过程在三相异步电念头的定子绕组中产生幅值、频率可变的俘弦电流,该正弦电流产生的扭转磁场与电念头转子所产生的感应电流互相感化,产生电磁转矩,从而实现电念头的扭转。个中,正弦电流的幅值可分化为给定或可调的励磁电流与等效转子力矩电流的矢量和;正弦电流的频率可分化为转子转速与转差之和,以实现矢量化控制。
  
  交换异步伺服平日有模仿式、数字式两种方法。与模仿式比拟,数字式伺服加快特点近似直线,时光短,且可进步主轴定位控制时体系的刚性和精度,操作便利,是高速数控钻床主轴驱动采取的重要情势。然而交换异步伺服存在两个重要问题:一是转子发烧,效力较低,转矩密度较小,体积较年夜;二是功率因数较低,是以,要获得较宽的恒功率调速范围,请求较年夜的逆变器容量。
  
  (二)交换同步伺服体系
  
  近年来,跟着高能低价永磁体的开辟和机能的赓续进步,使得采取永磁同步调速电念头的交换同步伺服体系的机能日益凸起,为解决交换异步伺服存在的问题带来了欲望。与采取矢量控制的异步伺服比拟,永磁同步电念头转子温度低,轴向连接地位精度高,请求的冷却前提不高,对高速数控钻床情况的温度影响小,轻易达到极小的低限速度。即使在低限速度下,也可作恒转矩运行,特别合适强力切削加工。同时其转矩密度高,迁移转变惯量小,动态响应特点好,特别合适高临盆率运行。较轻易达到很高的调速比,许可同一高速数控钻床主轴具有多种加工才能,既可以加工像铝一样的低硬度材料,也可以加工很硬很脆的合金,为高速数控钻床进行最优切削创造了前提。
  
  (三)电主轴
  
  电主轴是电念头与主轴融合在一路的产品,它将主 轴电念头的定子、转子直接装入主轴组件的内部,电念头的转子即为主轴的扭转部分,因为撤消了齿轮变速箱的传动与电念头的连接,实现了主轴体系的一体化、“零传动”。是以,其具有构造紧凑、重量轻、惯性小、动态特点好等长处,并可改良高速数控钻床的动均衡,避免振动和噪声,在超高速切削高速数控钻床上获得了广泛的应用。从理论上讲,电主轴为一台高速电念头,其既可应用异步交换感应电念头,也可应用永磁同步电念头。电主轴的驱动一般应用矢量控制的变频技巧,平日内置一脉冲编码器,来实现厢位控制及与进给的精确合营。因为电主轴的工作转速极高,对其散热、动均衡、润滑等提出了特别的请求。在应用中必须妥当解决,才能确保电主轴高速运转和周详加工。
作为高速数控钻床的重要功能部件,伺服体系的特点一向是影响体系加工机能的重要指标。环绕伺服体系动态特点与静态特点的进步,近年来成长了多种伺服驱动技巧。可以预感跟着超高速切削、超周详加工、收集制造等先辈制造技巧的成长,具有收集接口的全数字伺服体系、直线电念头及高速电主轴等将成为高速数控钻床行业的存眷的热点,并成为伺服体系的成长偏向。伺服体系是以机械活动的驱动设备,电念头为控制对象,以控制器为核心,以电力电子功率变换装配为履行机构,在主动控制理论的引导下构成的电气传动主动控制体系。这类体系控制电念头的转矩、转速和转角,将电能转换为机械能,实现运念头械的活动请求。具体在高速数控钻床中,伺服体系接收数控体系发出的位移、速度指令,经变换、放调与整年夜后,由电念头和机械传念头构驱动高速数控钻床坐标轴、主轴等,带动工作台及刀架,经由过程轴的联动使刀具相对工件产生各类复杂的机械活动,从而加工出用户所请求的复杂外形的工件。作为高速数控钻床的履行机构,伺服体系将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体,并跟着数字脉宽调制技巧、特种电机材料技巧、微电子技巧及现代控制技巧的提升,经历了从步进到直流,进而到交换的成长过程。

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