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交流伺服電機在往復走絲電火花線切割機床中的應用（摘錄）
閱讀：962 發(fā)布時間：2013-12-10
我國廣泛使用的往復走絲電火花線切割機床中,工作臺驅(qū)動單元大多采用步進電機系統(tǒng)。由于步進電機自身的原因,使往復走絲電火花線切割機床加工精度、運行速度與性能的提高受到較大影響,抑制了其發(fā)展。伺服電機的應用,可使機床在加工精度、運行速度及加工過程控制方面有較大的提升空間。
1步進電機系統(tǒng)與交流伺服電機系統(tǒng)的差異
步進電機系統(tǒng)和交流伺服電機系統(tǒng)在往復走絲電火花線切割機床中的應用差異,主要體現(xiàn)在控制分辨率、矩頻特性、響應速度、運行平穩(wěn)性及可靠性等方面。
（1）控制精度不同:五相十拍混合式或反應式步進電機,步矩角一般為0.36;而對于帶17位編碼器的交流伺服電機,如寶瑪伺服系列中走絲采用的就是日本安川伺服電機系列,其脈沖分辨率為360/217=9.89,是步進電機的1/3275。
（2）低頻特性不同:步進電機低頻時易出現(xiàn)振動;交流伺服電機具有共振抑制功能,運轉(zhuǎn)平穩(wěn),無振動現(xiàn)象。
（3）矩頻特性不同:步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速的升高而下降,較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降;交流伺服電機在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)是恒扭矩輸出。
（4）過載能力不同:步進電機無過載能力;交流伺服電機過載能力強,通常zui大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3倍以上。
（5）運行性能不同:步進電機為開環(huán)控制,啟動頻率過高會出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)和丟步現(xiàn)象,停止時易過沖;交流伺服電機為閉環(huán)控制,通過編碼器來反饋信號,進行位置環(huán)和速度環(huán)控制,無過沖和丟步,提高了控制精度。
（6）速度響應性能不同:步進電機響應慢;交流伺服電機響應快,一般是步進的百分之幾,zui大移動速度是步進電機的數(shù)十倍,甚至更高。
（7）和工作臺絲杠的聯(lián)結(jié)方式不同:步進電機由于本身轉(zhuǎn)矩和分辨率的限制,多少采用齒輪聯(lián)結(jié)（細分電機除外）;交流伺服電機往往直聯(lián),減少了傳動誤差和傳動噪聲。
（8）螺距補償:步進電機由于沒有狀態(tài)的反饋信號和反應速度慢,不好補償;交流伺服電機由于有編碼器且反應速度快,可方便地進行螺距補償,提高定位精度和重復定位精度。由于定位精度和重復定位精度高,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驅(qū)動系統(tǒng)的實際應用比較,松下公司的交流伺服電機及其驅(qū)動系統(tǒng)在運行性能和可靠性方面較突出,特別是其抗*力較強,可承受電火花放電環(huán)境下較強的電磁騷擾。在本公司中往復走絲電火花線切割機床中得到較好的應用。
2.1交流伺服電機的選擇
由于電火花線切割加工是放電加工,無切削力,再加上伺服電機的過載能力強,所以在選擇伺服電機功率扭矩的時候,可從工作臺面的重量、負載承重、導軌的形式（決定摩擦系數(shù)）、zui大運動速度等方面計算考慮。根據(jù)計算并結(jié)合實際使用情況來看,一般DK7763以下的機床選擇750W足夠了（以松下A4系列為例）,以中慣量、三相電機為好,額定轉(zhuǎn)矩大于2.4Nm,zui大轉(zhuǎn)矩大于7.1Nm。
2.2交流伺服電機的控制
（1）控制模式
交流伺服電機驅(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。電火花線切割機床一般采用位置控制。
（2）指令控制方式
交流伺服電機驅(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)往復走絲電火花線切割機床的控制特點,大多選用指令脈沖+指令方向類型的控制方式。由計算機內(nèi)置的控制卡發(fā)出脈沖和方向信號,控制電機正反轉(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)動器到伺服電機的動力線,伺服驅(qū)動器的U、V、W對應伺服電機插頭的A、B、C,相序不能錯,否則通電時電機會生故障報警;確認伺服驅(qū)動器和電機編碼器連接正確;確認伺服驅(qū)動器和計算機控制卡信號連接正確。為了提高可靠性,建議電機編碼器線要直達驅(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)設置至關重要。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)相關參數(shù)的調(diào)整對加工精度影響較大,速度環(huán)相關參數(shù)的調(diào)整對加工表面粗糙。
我國廣泛使用的往復走絲電火花線切割機床中,工作臺驅(qū)動單元大多采用步進電機系統(tǒng)。由于步進電機自身的原因,使往復走絲電火花線切割機床加工精度、運行速度與性能的提高受到較大影響,抑制了其發(fā)展。伺服電機的應用,可使機床在加工精度、運行速度及加工過程控制方面有較大的提升空間。
1步進電機系統(tǒng)與交流伺服電機系統(tǒng)的差異
步進電機系統(tǒng)和交流伺服電機系統(tǒng)在往復走絲電火花線切割機床中的應用差異,主要體現(xiàn)在控制分辨率、矩頻特性、響應速度、運行平穩(wěn)性及可靠性等方面。
（1）控制精度不同:五相十拍混合式或反應式步進電機,步矩角一般為0.36;而對于帶17位編碼器的交流伺服電機,如寶瑪伺服系列中走絲采用的就是日本安川伺服電機系列,其脈沖分辨率為360/217=9.89,是步進電機的1/3275。
（2）低頻特性不同:步進電機低頻時易出現(xiàn)振動;交流伺服電機具有共振抑制功能,運轉(zhuǎn)平穩(wěn),無振動現(xiàn)象。
（3）矩頻特性不同:步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速的升高而下降,較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降;交流伺服電機在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)是恒扭矩輸出。
（4）過載能力不同:步進電機無過載能力;交流伺服電機過載能力強,通常zui大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3倍以上。
（5）運行性能不同:步進電機為開環(huán)控制,啟動頻率過高會出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)和丟步現(xiàn)象,停止時易過沖;交流伺服電機為閉環(huán)控制,通過編碼器來反饋信號,進行位置環(huán)和速度環(huán)控制,無過沖和丟步,提高了控制精度。
（6）速度響應性能不同:步進電機響應慢;交流伺服電機響應快,一般是步進的百分之幾,zui大移動速度是步進電機的數(shù)十倍,甚至更高。
（7）和工作臺絲杠的聯(lián)結(jié)方式不同:步進電機由于本身轉(zhuǎn)矩和分辨率的限制,多少采用齒輪聯(lián)結(jié)（細分電機除外）;交流伺服電機往往直聯(lián),減少了傳動誤差和傳動噪聲。
（8）螺距補償:步進電機由于沒有狀態(tài)的反饋信號和反應速度慢,不好補償;交流伺服電機由于有編碼器且反應速度快,可方便地進行螺距補償,提高定位精度和重復定位精度。由于定位精度和重復定位精度高,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驅(qū)動系統(tǒng)的實際應用比較,松下公司的交流伺服電機及其驅(qū)動系統(tǒng)在運行性能和可靠性方面較突出,特別是其抗*力較強,可承受電火花放電環(huán)境下較強的電磁騷擾。在本公司中往復走絲電火花線切割機床中得到較好的應用。
2.1交流伺服電機的選擇
由于電火花線切割加工是放電加工,無切削力,再加上伺服電機的過載能力強,所以在選擇伺服電機功率扭矩的時候,可從工作臺面的重量、負載承重、導軌的形式（決定摩擦系數(shù)）、zui大運動速度等方面計算考慮。根據(jù)計算并結(jié)合實際使用情況來看,一般DK7763以下的機床選擇750W足夠了（以松下A4系列為例）,以中慣量、三相電機為好,額定轉(zhuǎn)矩大于2.4Nm,zui大轉(zhuǎn)矩大于7.1Nm。
2.2交流伺服電機的控制
（1）控制模式
交流伺服電機驅(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。電火花線切割機床一般采用位置控制。
（2）指令控制方式
交流伺服電機驅(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)往復走絲電火花線切割機床的控制特點,大多選用指令脈沖+指令方向類型的控制方式。由計算機內(nèi)置的控制卡發(fā)出脈沖和方向信號,控制電機正反轉(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)動器到伺服電機的動力線,伺服驅(qū)動器的U、V、W對應伺服電機插頭的A、B、C,相序不能錯,否則通電時電機會生故障報警;確認伺服驅(qū)動器和電機編碼器連接正確;確認伺服驅(qū)動器和計算機控制卡信號連接正確。為了提高可靠性,建議電機編碼器線要直達驅(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)設置至關重要。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)相關參數(shù)的調(diào)整對加工精度影響較大,速度環(huán)相關參數(shù)的調(diào)整對加工表面粗糙。
我國廣泛使用的往復走絲電火花線切割機床中,工作臺驅(qū)動單元大多采用步進電機系統(tǒng)。由于步進電機自身的原因,使往復走絲電火花線切割機床加工精度、運行速度與性能的提高受到較大影響,抑制了其發(fā)展。伺服電機的應用,可使機床在加工精度、運行速度及加工過程控制方面有較大的提升空間。