伺服驱动器应用案例
| 中科伺服伺服系统在高精度磨床上的应用 | |
| 来源: | 发布时间:2013/10/10 0:40:54 | 浏览次数： | |
中科伺服伺服系统在高精度磨床上的应用
摘要：本文基于对磨床结果功能的分析，介绍了中科伺服伺服控制系统在磨床上的应用，给出了控制要求和硬件配置。
1、引言
标准机械加工所使用磨床，砂轮电动机均按传统启动电路运行。电动机启动后按照额定转速运转，由于电网电压有一定磨床波动，砂轮工件磨床磨擦负载不断磨床变化，都会影响电动机磨床转速误差。
砂轮电动机起动电路一般只有一种加工速度，难以适应不同工件大小磨床要求不同磨床加工相对线速度，以至于所加工工件磨床加工精密度很难保证。因此从提高加工质量加工效率，节约能源等方面考虑，将伺服技术应用于磨床，可以收到满意磨床效果。
机械加工行业磨床所加工磨床产品种类繁多，工件大小尺寸不同，要求加工精度各异。相对磨床要求砂轮转速于主轴磨床线速度不同，单纯磨床调整主轴磨床转速来满足工件磨床加工线速度很难调整到理想状态。又由于轴杆类加工过程所产生磨床应力弯曲，磨削过程会产生砂轮进给磨床力矩不同，这样就带来砂轮输出转速/力矩不同磨床变化，相应磨床会产生振刀纹/烧糊纹等，磨削精度很难保证，由此造成生产效率低，精品率低等。
随着电力电子技术磨床发展，伺服技术磨床越来越普及，机械加工行业伺服磨床应用收到很好磨床效果。其中，以伺服磨床无级调速，软启动，恒转矩输出极大磨床满足了机械加工设备对恒速度/恒转矩磨床要求。
2、设备系统介绍
磨床主要由床身、工作台、砂轮架等部件组成。
随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。
外圆磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圆柱形和圆锥形外表面的磨床。主要部件除床身、工作台、砂轮架之外，还有头架、尾座。
伺服系统在磨床上的应用，主要是指在磨床的运动源的应用，就是给执行件提供动力和运动的装置。
 图一 磨床设备外观图
3、负载运动特点
磨床常用的机械传动有带传动、螺旋传动和齿轮传动等。传动装置需完成变速、变向和改变运动形式等任务，以使执行件获得所需的运动速度、运动方向和运动形式。
而伺服系统在磨床上的使用就直接避免了二次传动的过程，通过伺服电机直接带动砂轮获取之前通过传动所能完成的所有功能。
磨床加工过程中的负载较为简单，系统负载与磨削进刀量变化成正比关系。加工分几步完成，初期会进行进刀量稍大的粗磨削成型，然后按需求再进行5~10丝进刀的细致加工，使工件表面震纹及光洁度达标。伺服系统的闭环速度反馈保证了速度的平稳，并能稳定进行功率输出。
 图二 传动机械外形图
4、控制要求
砂轮外圆表面上任一磨粒在单位时间内所经过的磨削路程，称为砂轮的圆周速度，用v。表示。此速度也即磨削主运动速度。
v。的单位为m/s，按下式计算
式中 D。——砂轮直径（mm）；
n。——砂轮转速（r/min）；
v。——砂轮的圆周速度（m/s）。
砂轮圆周速度表示砂轮磨粒的磨削速度，又称磨削速度。
外圆磨削和平面磨削的磨削速度一般在30~35m/s左右。
砂轮圆周速度对磨削质量和生产率有直接的影响。当砂轮直径变小时，会出现磨削质量下降的现象，就是由于砂轮圆周速度下降的缘故。
使用伺服系统能很好的避免以上情况，当砂轮直径变小时，可以通过伺服无极变速及稳定的恒功率输出，来提升给定速度并保证磨削质量。
5、硬件配置
在磨床伺服电机的使用上，一般使用采用防油，防抖动，防尘的旋转编码器，耐恶劣境。但普通旋转编码器都是一对极，在进行速度采样的过程中，对于速度变化的反馈无法达到高精度磨床工艺的速度要求。所以在尝试多种方式后，明确了在磨床上使用三对极旋转编码器的，这样就能更迅速的对电机速度变化进行实时反映，将速度波动控制在更好的范围内。
6、调试要点
在正常连线调试过程中，按正常的调试步骤（上电>使能禁止>电机选择>旋变初始角测试>点动电机>速度标定>使能开启>运行）。后续调试中一切以速度为重心进行微调，在电机旋变改成3对极旋变后，配合御能驱动器，可将转速偏差控制在正负2 rpm。 | |
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