東菱EPS系列伺服在數(shù)控深孔鉆床上的應用

1、東菱伺服在數(shù)控深孔鉆床上的應用東菱技術(shù)股份有限公司摘要:本文基于對數(shù)控深孔鉆床工作原理等的分析,介紹了東菱EPS系列伺服系統(tǒng)在數(shù)控深孔鉆床上的應用,給出了伺服驅(qū)動器關鍵參數(shù)的設置。1、引言數(shù)控深孔鉆床是鉆削深度比直徑大得多的孔的專門化機床,主要服務于汽車動力總成制造業(yè),汽車零部件制造業(yè),燃油噴射零部件加工,模具制造業(yè),深孔加工,特殊用途零件的深孔加工。目前全伺服數(shù)控鉆床機已加工企業(yè)中漸漸得到應用。全伺服的鉆床在產(chǎn)量,效率,勞動強度,產(chǎn)品質(zhì)量上都有很好的優(yōu)勢。東菱伺服驅(qū)動器在數(shù)控深孔鉆床上的應用為國產(chǎn)數(shù)控鉆床提供了良好的解決方案。2、數(shù)控深孔鉆床設備組成數(shù)控深孔鉆床設備整套系統(tǒng)由數(shù)控系統(tǒng)、伺服控

2、制系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)等組成。該機床主控系統(tǒng)采用凱恩帝數(shù)控系統(tǒng),主軸采用東菱異步伺服控制,功率為7.5KW,可以做到無級變速,調(diào)速范圍寬,速度控制精度高,可以保證在鉆削加工時的加工精度和光潔度。工作臺進給電機和主軸上下移動、主軸前后移動的電機都采用東菱伺服EPS系統(tǒng)同步伺服電機,具有很高的可靠性和穩(wěn)定性,非常齊全的保護功能:具有過電流、過電壓、過載、電機過熱、編碼器故障、再生故障、欠電壓或瞬間電源故障、超速、誤差過大等各種保護?？梢员ＷC鉆頭的確定位和工件的高精度加工。三個軸的技術(shù)參數(shù)分別為:主軸前后移動電機(Z軸 1.5KW 6N.m,2500rpm在數(shù)控深孔鉆床上常用的伺服系統(tǒng)主要采用直接聯(lián)接方式

3、:伺服電機一聯(lián)軸器一滾珠絲杠。這種聯(lián)接方式裝配簡單,調(diào)整方便,維修便利,適用于空問位置較小,定位精度要求較高的情況。下面簡述一下直接聯(lián)接式伺服系統(tǒng)的工作原理:伺服電機接收數(shù)控系統(tǒng)的指令脈沖,帶動聯(lián)軸器、滾珠絲杠旋轉(zhuǎn),因為聯(lián)軸器同時聯(lián)接了伺服電機和滾珠絲杠的軸端,且聯(lián)軸器本身無任何問隙,所以伺服電機旋轉(zhuǎn)1周,滾珠絲杠也同樣旋轉(zhuǎn)1周,而工作臺拖板與絲杠螺母座是連接在一起的。因此,伺服電機旋轉(zhuǎn)l周,工作臺拖板在直線方向上運動的距離為滾珠絲杠的導程。數(shù)控深孔鉆床外形圖如圖一所示: 圖一數(shù)控深孔鉆床外形圖3、數(shù)控深孔鉆床原理簡介數(shù)控程序是自動加工零件的工作指令。在對加工零件進行工藝分析的基礎上,確定零件

4、坐標系在機床坐標系上的相對位置,即零件在機床上的安裝位置。數(shù)控系統(tǒng)中輸入零件的所有運動、尺寸、工藝參數(shù)等加工信息后,用由文字、數(shù)字和符號組成的標準數(shù)控代碼,按規(guī)定的方法和格式,編制零件加工的數(shù)控程序。對于形狀復雜的零件,則要在專用的編程機或通用計算機上進行自動編程(APT或CAD/CAM設計。伺服驅(qū)動器接收數(shù)控系統(tǒng)指令,控制伺服電機完成一系列動作,同時伺服電機反饋信號給數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng)按有無反饋檢測單元分為開環(huán)和閉環(huán)兩種類型,這兩種類型的伺服驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成不完全相同。但不管是哪種類型,執(zhí)行元件及其驅(qū)動控制單元都必不可少。驅(qū)動控制單元的作用是將進給指令轉(zhuǎn)化為驅(qū)動執(zhí)行元件所需要

5、的信號形式,執(zhí)行元件則將該信號轉(zhuǎn)化為相應的機械位移。閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖,它由執(zhí)行元件、驅(qū)動控制單元、比較控制環(huán)節(jié)、反饋檢測單元、以及機床等組成。反饋檢測單元將工作臺的實際位置檢測后反饋給比較控制環(huán)節(jié),比較控制環(huán)節(jié)將指令信號和反饋信號進行比較,以兩者的差值作為伺服系統(tǒng)的跟隨誤差經(jīng)驅(qū)動控制單元,驅(qū)動和控制執(zhí)行元件帶動工作臺運動。對于進給軸X、Y、Z的伺服性能的要求主要是伺服系統(tǒng)有較高的動態(tài)響應及較高的定位精度,東菱同步伺服基于DSP+FPGA+IPM的硬件平臺,有著高速度頻率響應,具有共振抑制功能,可以精確調(diào)諧,消除震動;控制精度可以達到1個脈沖,這都很好的保證了進給軸的驅(qū)動要求。4、東菱伺服

6、參數(shù)設置設定伺服控制方式、齒輪比等參數(shù),然后進行往復運動測試,如果定位和速度精度達到要求,則調(diào)試完畢;如果未達到要求,則增大速度環(huán)路增益,此時如果出現(xiàn)電機停止時過沖或抖動,或者電機有響聲,那么說明環(huán)路控制參數(shù)調(diào)的有些過強,再適當?shù)臏p小比例或加大積分時間常數(shù),直到位置和速度精度都達到要求,則說明位置環(huán)和速度環(huán)的比例和積分時間常數(shù)值為合適值。廣東某數(shù)控深孔鉆床上,以下是東菱伺服控制系統(tǒng)的參數(shù)設置說明。X軸:PA4=0(控制方式選擇,0:位置控制;PA9=17(電機型號選擇,不同電機此參數(shù)不一樣;PA11=3500(位置環(huán)增益,范圍5008000;PA14=2500(速度環(huán)增益,范圍5008000;

7、PA15=3000(速度環(huán)積分時間常數(shù),范圍5008000;PA27=1(脈沖輸入邏輯取反,范圍01;PA31=1(輸入指令脈沖倍頻分子;PA32=1(輸入指令脈沖倍頻分母;PA38=1000(電流環(huán)增益,范圍5008000;PA41=10(電流環(huán)積分時間常數(shù),范圍1050;PA64=0(使能方式,0:內(nèi)部使能,64:外部使能;Y軸:PA4=0(控制方式選擇,0:位置控制;PA9=17(電機型號選擇,不同電機此參數(shù)不一樣;PA11=3500(位置環(huán)增益,范圍5008000;PA14=2500(速度環(huán)增益,范圍5008000;PA15=3000(速度環(huán)積分時間常數(shù),范圍5008000;PA27=

8、1(脈沖輸入邏輯取反,范圍01;PA31=1(輸入指令脈沖倍頻分子;PA32=1(輸入指令脈沖倍頻分母;PA38=1500(電流環(huán)增益,范圍5008000;PA41=10(電流環(huán)積分時間常數(shù),范圍1050;PA64=0(使能方式,0:內(nèi)部使能,64:外部使能;Z軸:PA4=0(控制方式選擇,0:位置控制;PA9=18(電機型號選擇,不同電機此參數(shù)不一樣;PA11=3500(位置環(huán)增益,范圍5008000;PA14=1800(速度環(huán)增益,范圍5008000;PA15=3000(速度環(huán)積分時間常數(shù),范圍5008000;PA27=1(脈沖輸入邏輯取反,范圍01;PA31=1(輸入指令脈沖倍頻分子;P

9、A32=1(輸入指令脈沖倍頻分母;PA38=1000(電流環(huán)增益,范圍5008000;PA41=10(電流環(huán)積分時間常數(shù),范圍1050;PA64=0(使能方式,0:內(nèi)部使能,64:外部使能;注:電子齒輪比=PA31/PA32=Ppulse / P其中Ppulse :電機每轉(zhuǎn)脈沖數(shù),指電機旋轉(zhuǎn)一圈電機反饋元件反饋的的脈沖數(shù)(脈沖/圈。如2500線的增量式編碼器,其反饋到驅(qū)動器的脈沖數(shù)為2500×4=10000;P:指要使電機旋轉(zhuǎn)一圈伺服所需接收的上位機指令脈沖數(shù)(脈沖/圈;5、調(diào)試注意事項為了保證伺服驅(qū)動器能夠可靠、穩(wěn)定、正確的運行,在伺服系統(tǒng)的安裝、調(diào)試以及使用過程中,應注意以下事項:1正確的接線:東菱伺服標配編碼器線和電機動力線,不過接線時一定要正確連接伺服驅(qū)動器與控制器之間的信號線,否則伺服不會正常運行;2正確的設置伺服控制模式:由于每種機器應用都有所不同,所以正確的設置伺服控制模式是保證伺服正確運行的前提;3根據(jù)實際運行效果正確匹配增益參數(shù),另外東菱伺服不要在伺服使能的情況下或電機運行的情況下設置電子位置環(huán)和齒輪比參數(shù)。4確保電機良好的接地,驅(qū)動器與設備機殼連接。一方面避免干擾,另一方面避免漏電。5信號線盡量選擇屏蔽雙絞線,屏蔽層一般接到端子外殼;6注意干擾問題,避免編碼器信號和控制信號受到干擾,編碼器線、信號線不要與電機線、電源線綁扎在一