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伺服電機朝著高速高精化的發(fā)展
點擊次數(shù):557 發(fā)布時間:2014-12-6
伺服電機控制技術的發(fā)展推動加工技術的高速高精化。80年代以來,數(shù)控系統(tǒng)逐漸應用伺服電機作為驅(qū)動器件。交流伺服電機內(nèi)是無刷結構,幾乎不需維修,體積相對較小,有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高。目前交流伺服系統(tǒng)已在很大范圍內(nèi)取代了直流伺服系統(tǒng)。在當代數(shù)控系統(tǒng)中,交流伺服取代直流伺服、軟件控制取代硬件控制成為了伺服技術的發(fā)展趨勢。由此產(chǎn)生了應用在數(shù)控機床的伺服進給和主軸裝置上的交流數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)。隨著微處理器和全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展,數(shù)控系統(tǒng)的計算速度大大提高,采樣時間大大減少。硬件伺服控制變?yōu)檐浖欧刂坪?,大大地提高了伺服系統(tǒng)的性能。例如OSP-U10/U100網(wǎng)絡式數(shù)控系統(tǒng)的伺服控制環(huán)就是一種高性能的伺服控制網(wǎng),它對進行自律控制的各個伺服裝置和部件實現(xiàn)了分散配置,網(wǎng)絡連接,進一步發(fā)揮了它對機床的控制能力和通信速度。這些技術的發(fā)展,使伺服系統(tǒng)性能改善、可靠性提高、調(diào)試方便、柔性增強,大大推動了高精高速加工技術的發(fā)展。
另外,*傳感器檢測技術的發(fā)展也極大地提高了交流電動機調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)響應性能和定位精度。交流伺服電機調(diào)速系統(tǒng)一般選用無刷旋轉(zhuǎn)變壓器、混合型的光電編碼器和值編碼器作為位置、速度傳感器,其傳感器具有小于1μs的響應時間。伺服電動機本身也在向高速方向發(fā)展,與上述高速編碼器配合實現(xiàn)了60m/min甚至100m/min的快速進給和1g的加速度。為保證高速時電動機旋轉(zhuǎn)更加平滑,改進了電動機的磁路設計,并配合高速數(shù)字伺服軟件,可保證電動機即使在小于1μm轉(zhuǎn)動時也顯得平滑而無爬行。
交流直線伺服電機直接驅(qū)動進給技術已趨成熟。數(shù)控機床的進給驅(qū)動有“旋轉(zhuǎn)伺服電機精密高速滾珠絲杠”和“直線電機直接驅(qū)動”兩種類型。傳統(tǒng)的滾珠絲杠工藝成熟加工精度較高,實現(xiàn)高速化的成本相對較低,所以目前應用廣泛。使用滾,珠絲杠驅(qū)動的高速加工機床zui大移動速度90m/min,加速度1.5g。但滾珠絲杠是機械傳動,機械元件間存在彈性變形、摩擦和反向間隙,相應會造成運動滯后和非線性誤差,所以再進一步提高滾珠絲杠副移動速度和加速度比較難了。90年代以來,高速高精的大型加工機床中,應用直線電機直接驅(qū)動進給驅(qū)動方式。它比滾珠絲杠驅(qū)動具有剛度更高、速度范圍更寬、加速特性更好、運動慣量更小、動態(tài)響應性能更佳,運行更平穩(wěn)、位置精度更高等優(yōu)點。且直線電機直接驅(qū)動,不需中間機械傳動,減小了機械磨損與傳動誤差,減少了維護工作。直線電機直接驅(qū)動與滾珠絲杠傳動相比,其速度提高30倍,加速度提高10倍,zui大達10g,剛度提高7倍,zui高響應頻率達100Hz,還有較大的發(fā)展余地。當前,在高速高精加工機床領域中,兩種驅(qū)動方式還會并存相當長一段時間,但從發(fā)展趨勢來看,直線電機驅(qū)動所占的比重會愈來愈大。種種跡象表明,直線電機驅(qū)動在高速高精加工機床上的應用已進入加速增長期。