伺服系統(tǒng)應用案例

伺服系統(tǒng)應用案例 山w心0W0P［匚.匚口ni主軸電機與伺服電機有什么區(qū)別？ 1答:數(shù)控機床用電機主要有兩種電機:進給伺服電機和主軸電機。數(shù)控機床對進給伺服電機的要求主要為：機械特性:要求伺服電機的速降小、剛度大；快速響應的要求:這在輪廓加工，特別對曲率大的加工對象進行高速加工時要求較嚴格；調速范圍:這可以使數(shù)控機床適用于各種不同的刀具、加工材質;適應于各種不同的加工工藝；一定的輸出轉矩，并要求一定的過載轉矩。機床進給機械負載的性質主要是克服工作臺的摩擦力和切削的阻力，因此主要是”恒轉矩”的性質。對主軸電機的要求主要為:足夠的輸出功率，數(shù)控機床的主軸負載性質近似于”恒功率”也就是當機床的主軸轉速高時，輸出轉矩較小;主軸轉速低時，輸出轉矩大;即要求主軸驅動裝置要具有”恒功率”的性質；調速范圍:為保證數(shù)控機床適用于各種不同的刀具、加工材質；適應于各種不同的加工工藝，要求主軸電機具有一定的調速范圍。但對主軸的要求比進給低；速度精度:一般要求靜差度小于5%，更高的要求為小于1%；快速:主軸驅動裝置有時也用在定位功能上，這就要求它也具有一定的快速性。為什么伺服電機和主軸電機的輸出指標不同，伺服電機以轉矩(N.m)，主軸以功率(kW)為指標？答:一般說來，伺服電機和主軸電機在數(shù)控機床里作用不同，伺服電機驅動機床的工作臺，工作臺的負載阻尼為折合到電機軸上的轉矩，所以伺服電機以轉矩(N.m)為指標。主軸電機驅動機床的主軸，它的負載必需滿足機床的功率，所以主軸電機以功率(kW)為指標。這是習慣的叫法。其實，通過力學公式的換算，這兩個指標可以進行互算。伺服電機的特性曲線是怎么樣？曲線上哪些是典型的參數(shù)點？答:圖1為伺服電機的主要特性曲線之一。在圖上，3max為額定速度和最大允許速度。T0為連續(xù)額定堵轉轉矩，T2為連續(xù)額定轉矩，Tmax為最大堵轉轉矩，T1為為斷續(xù)額定轉矩。P0為額定輸出功率，Pmax為最大輸出功率。堵轉轉矩是指電機轉子在其所有角位堵住時所產(chǎn)生的轉矩的最小測得值。以FANUC的伺服電機為例，以上特性曲線是對應電機電流為正弦、環(huán)境溫度為20°C的情況，并有土10%的容差。如果環(huán)境溫度高于它，工作的極限還得降低。由于鐵磁材料的溫度系數(shù)為負，因此，特性曲線上的值要降低。對于大于20C的情況，每升高1C曲線上的值對FANUC的ai大約降低0.19%，對ais大約為0.11%;建議選擇70%的電機額定值作為負載滿負荷。伺服電機從額定堵轉轉矩到高速運轉時，為什么轉矩降低(參見圖1)？答:轉矩降低主要是由于電機繞組的散熱變壞和機械部分發(fā)熱引起的。高速時，電機溫升變大，因此，正確使用伺服電機前一定要對電機的負載進行驗算。

圖1圖1伺服電機特性/r/如何驗算伺服電機的負載？答:一般伺服電機有兩種負載:阻尼負載和慣性負載;驗算的結果要使電機輸出軸的阻尼負載轉矩不超過特性曲線允許的范圍;驗算慣性負載主要是計算電機軸上的慣量，然后計算是否滿足加、減速時間的要求。使用FANUC的交流伺服電機，對負載慣量有什么要求？答:負載慣量很大地影響伺服電機的控制能力和快速加減速時間。因此，正確選擇負載慣量的大小十分重要。對于FANUC的a、ai、ais系列的伺服電機，如果折合到電機軸上的負載慣量等于或小于電機轉子的慣量，工作不會發(fā)生問題。一般穩(wěn)定正常工作要求折合到電機軸上的負載慣量小于電機轉子的3倍。如果生產(chǎn)機械折合到電機軸上的負載慣量大于電機轉子的3-5倍時，還按正常調試的參數(shù)設定，系統(tǒng)可能工作不正常。要盡量避免采用這種負載工作。需要時聯(lián)系FANUC的技術人員解決。FANUC伺服電機的防護是什么等級？答:FANUC伺服電機的防護等級如表1、表2:表1FANUC伺服電機的防護等級表2FANUC的主軸電機防護等級表里的數(shù)據(jù)并不表明任何的塵埃都可以防止、任何的噴水都可以抵擋。對于防護等級所包含的意義在防護標準里都有明確的數(shù)據(jù)規(guī)定。機床設計師除了應該選擇合理的防護等級外，還應該在設計中考慮如何更好地保護伺服電機。使伺服電機盡量不在惡劣環(huán)境下工作。FANUC伺服電機ais與8is有什么區(qū)別？答:除電機的參數(shù)不同外，ais和電機的編碼器為1000,000/rev;而伺服電機8is的編碼器卻是130,000/revoais更適合于高精度的加工。FANUC的8is伺服電機是否可用于模具加工？答:不同精度的模具對加工精度的要求也不同，對模具加工設備的要求也不同。檔次為中、低檔的模具，如果選擇8is伺服電機、加上數(shù)控系統(tǒng)FS-0i有關的高精度加工功能是可以加工出符合要求的模具。但對中、高檔的模具加工最好選擇ais的伺服電機和具有高精、高速功能的數(shù)控系統(tǒng)，比如FANUC數(shù)控系統(tǒng)FS-18io對立式加工中心，當伺服急?；驁缶瘯r，伺服單元的主接觸器MCC斷電，由于伺服電機的制動有滯后，機床的主軸箱就會下滑，(甚至損壞工具或工件，n如何克服這個缺陷？答:FANUC的數(shù)控系統(tǒng)，有一個”制動器控制功能”，可以在一定的范圍內延時控制MCC斷電的時間，另外，還可以延時急停起作用時間設一般制動器動作的時間為tl,選擇MCC動作時間t2大于tl,急停起作用時間為t3,t3>t2，就可以達到控制主軸箱下滑目的。比如，選擇t1=50-100ms，t2=200ms，t3=400ms就可以防止主軸箱下滑。使用主軸電機時與負載的工作制有什么關系？答:工作制表明電機在不同負載下的允許循環(huán)時間。電動機工作制為:S1?S10;其中：S1工作制:連續(xù)工作制，保持在恒定負載下運行至熱穩(wěn)定狀態(tài);簡稱為S1;S2工作制:短時工作制，本工作制簡稱為S2，隨后應標以持續(xù)工作時間。如S260min;S3工作制:斷續(xù)周期工作制，按一系列相同的工作周期運行，每一周期包括一段恒定負載運行時間和一段停機、斷能時間。本工作制簡稱為S3,隨后應標以負載持續(xù)率，如S325%;S4工作制:包括起動的斷續(xù)周期工作制。本工作制簡稱為S4,隨后應標以負載持續(xù)率以及折算到電機軸上的電機轉動慣量JM、負載轉動慣量Jext，如S425% JM=0.15kg.m2,Jext=0.7kg.m2;S5工作制:包括電制動的斷續(xù)周期工作制。本工作制簡稱為S5,隨后應標以負載持續(xù)率以及折算到電機軸上的電機轉動慣量JM、負載轉動慣量Jext,如S525% JM=0.15kg.m2,Jext=0.7kg.m2;S6工作制:連續(xù)周期工作制。每一周期包括一段恒定負載運行時間和一段空載運行時間，無停機、斷能時間。本工作制簡稱為S6,隨后應標以負載持續(xù)率，如S640%;其他還有：S7工作制:包括電制動的連續(xù)周期工作制；S8工作制:包括負載-轉速相應變化的連續(xù)周期工作制；S9工作制:負載和轉速作非周期變化的連續(xù)周期工作制；S10工作制:離散恒定負載工作制。電機可以運行直至熱穩(wěn)定，并認為與S3?S10工作制中的某一工作制等效。FANUC伺服電機運轉一段時間后，用手摸會感覺很熱，是否正常？答:伺服電機運轉一段時間后有一定的溫升，這是正常的。它的溫升主要由電機繞組的溫升決定。允許的繞組溫升由繞組所采用的絕緣等級規(guī)定。比如，伺服電機。i、ais的絕緣等級為”F”，允許最大繞組的溫升為125°C，如果環(huán)境溫度為20°C,那么繞組的溫度為145^,在電機的外殼當然會有熱度。FANUC的主軸電機a、ap有什么區(qū)別？答:a和ap主軸電機間的差別是ap的主軸電機具有較大的”恒功率”范圍，同樣大小尺寸的a和ap主軸電機，a的輸出功率比ap的主軸電機大。也就是說，ap的主軸電機是采用降低電機的功率而擴大了輸出功率范圍。如何檢查伺服電機的絕緣電阻？答:當進貨檢查或發(fā)現(xiàn)電機有不祥征兆需要測量電機繞組的絕緣電阻時，用500V的電阻表進行測量。繞組對電機外殼的絕緣電阻應該大于或者等于100MQ,電機絕緣正常。小于1MQ時，不能使用。在10-100MQ間，可以應用，但要定時檢測在1~10MQ間，要特別小心使用,并要經(jīng)常檢查。0W0p[=.匚口E在調試數(shù)控機床(用FANUC數(shù)控系統(tǒng)0i-A控制)的重復定位精度時，讓機床的一個軸往復運動多次，觀察診斷參數(shù)#300(伺服誤差)，每次定位時其數(shù)值都不同，有時在某些位置，發(fā)現(xiàn)#300數(shù)值每次在增加，好像有累積誤差，這是怎么產(chǎn)生的？答:FANUC數(shù)控系統(tǒng)0i-A的#300診斷參數(shù)的意義是伺服軸的位置偏差;它表示指令與實際移動距離之差。這個參數(shù)與很多因數(shù)有關。高精度機床在測重復定位精度時，#300數(shù)值大約在2~+2之間，視負載、機床導軌情況會有些變化。如果它變化不定，可以增大位置增益，或者改變機床的潤滑看看情況是否變好。為什么FANUC的伺服系統(tǒng)需要電源變壓器?如何選擇電源變壓器的容量？答:FANUC的伺服系統(tǒng)有兩種輸入：三相380V電源直接輸入；通過三相380V/200V變壓器輸入。在我國，由于電網(wǎng)電壓在有些地區(qū)的變化還比較大，為了保證系統(tǒng)可靠工作，建議采用帶電源變壓器的輸入。計算所需電源容量可按照下面公式計算：設所需電源容量為A(kVA)，計算所需的PSM模塊額定容量為B(kW)，選擇的PSM模塊額定容量為C(kW)SM額定輸出時的電源容量為D(kVA);主軸電機連續(xù)額定輸出為E(kW)，伺服電機連續(xù)額定輸出為F(kW);首先計算所需的PSM模塊額定容量B;然后計算A。B31.15XE+0.6XF那么:A=(B/C)XD例:系統(tǒng)選擇主軸電機為a12/10000i電機，連續(xù)額定輸出為11kW;伺服電機為3臺a8/4000is，連續(xù)額定輸出為2.5kW;那么：B31.15X11+0.6X2.5=14.15kW;選擇PSM的額定容量為11(kW)SM額定輸出時的電源容量為17(kVA);那么:A=(B/C)XD=(14.15/11)X17=22(kVA)也就是說，需要22kVA的電源容量。如何克服機械的自然頻率引起的振動？答:所謂機械的自振是指由于機械自身的質量和機械系統(tǒng)的彈性變形使機械在運動過程中引起的振動。機械自振的頻率3m也稱為機械系統(tǒng)的自然頻率。如下式：其中，3m為自然頻率;Km為機械系統(tǒng)的剛度;JL為折合到電機軸上的轉動慣量。設計和調試機床時，應使自然頻率3m大于該坐標軸伺服系統(tǒng)的位置環(huán)的位置增益。什么是HRV控制功能？FANUC為了提高伺服裝置的性能和實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的功能;對控制不斷改進。其中最重要的控制功能為HRV控制。FANUC的CNC采用交流伺服電機，實際流過繞組的電流為交流電流。這有二種方法可以進行控制1)電流控制環(huán)和控制都為Ad蘋;(2)通過坐標變換電流變量為DC量進行控制。現(xiàn)在一般采用后者進行控制。也稱矢量變換控制。矢量控制原理為:交流電機中，轉子由定子繞組感應的電流產(chǎn)生磁場;而定子電流含兩個成份，一個影響激磁磁場，另一個影響電機輸出轉矩。這兩個電流成份在定子耦合在一起;為了使交流電機應用在既需要速度又需要轉矩控制的場合，必須把影響轉矩的電流成份解耦控制，采用磁通向量控制法就可以分離這兩個成份，并進行獨立控制。HRV就是基于后者的控制。由于采用DC控制，它的控制特性不取決于電機的速度(即電流的頻率);從速度控制的觀點出發(fā)，這意味著由轉矩指令決定的實際的轉矩與電機的速度無關。HRV