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模具培训:数控系统中伺服控制技术的展望
已阅[538]次[2012/2/7]

伺服电机控制技术的发展推动加工技术的高速高精化。80年代以来,数控系统逐渐应用伺服电机作为驱动器件。交流伺服电机内是无刷结构,几乎不需维修,体积相对较小,有利于转速和功率的进步。目前交流伺服系统已在很大范围内取代了直流伺服系统。在当代数控系统中,交流伺服取代直流伺服、软件控制取代硬件控制成为了伺服技术的发展趋势。由此产生了应用在数控机床的伺服进给和主轴装置上的交流数字驱动系统。跟着微处理器和全数字化交流伺服系统的发展,数控系统的计算速度大大进步,采样时间大大减少。硬件伺服控制变为软件伺服控制后,大大地进步了伺服系统的机能。例如OSP-U10/U100网络式数控系统的伺服控制环就是一种高机能的伺服控制网,它对进行自律控制的各个伺服装置和部件实现了分散配置,网络连接,进一步施展了它对机床的控制能力和通讯速度。这些技术的发展,使伺服系统机能改善、可靠性进步、调试利便、柔性增强,大大推动了高精高速加工技术的发展。
另外,提高前辈传感器检测技术的发展也极大地进步了交流电念头调速系统的动态响应机能和定位精度。交流伺服电机调速系同一般选用无刷旋转变压器、混合型的光电编码器和绝对值编码器作为位置、速度传感器,其传感用具有小于1μs的响应时间。伺服电念头本身也在向高速方向发展,与上述高速编码器配合实现了60m/min甚至100m /min的快速进给和1g的加速度。为保证高速时电念头旋转更加平滑,改进了电念头的磁路设计,并配合高速数字伺服软件,可保证电念头即使在小于1μm滚动时也显得平滑而无爬行。
交流直线伺服电机直接驱动进给技术已趋成熟。数控机床的进给驱动有“旋转伺服电机+精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动” 两种类型。传统的滚珠丝杠工艺成熟加工精度较高,实现高速化的本钱相对较低,所以目前应用广泛。使用滚,珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min,加速度1.5g。但滚珠丝杠是机械传动,机械元件间存在弹性变形、摩擦和反向间隙,相应会造成运动滞后和非线性误差,所以再进一步进步滚珠丝杠副移动速度和加速度比较难了。90年代以来,高速高精的大型加工机床中,应用直线电机直接驱动进给驱动方式。它比滚珠丝杠驱动具有刚度更高、速度范围更宽、加速特性更好、运动惯量更小、动态响应机能更佳,运行更平稳、位置精度更高等长处。且直线电机直接驱动,不需中间机械传动,减小了机械磨损与传动误差,减少了维护工作。直线电机直接驱动与滚珠丝杠传动比拟,其速度进步30倍,加速度进步 10倍,最大达10g,刚度进步7倍,最高响应频率达100Hz,还有较大的发展余地。当前,在高速高精加工机床领域中,两种驱动方式还会并存相称长一段时间,但从发展趋势来看,直线电机驱动所占的比重会愈来愈大。种种迹象表明,直线电机驱动在高速高精加工机床上的应用已进入加速增长期。

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