東菱EPS系列伺服在數(shù)控深孔鉆床上的應(yīng)用

1、東菱伺服在數(shù)控深孔鉆床上的應(yīng)用東菱技術(shù)股份有限公司摘要:本文基于對(duì)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(yīng)用,給出了伺服驅(qū)動(dòng)器關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)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(jī)床,主要服務(wù)于汽車動(dòng)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(jī)已加工企業(yè)中漸漸得到應(yīng)用。全伺服的鉆床在產(chǎn)量,效率,勞動(dòng)強(qiáng)度,產(chǎn)品質(zhì)量上都有很好的優(yōu)勢(shì)。東菱伺服驅(qū)動(dòng)器在數(shù)控深孔鉆床上的應(yīng)用為國(guó)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(shè)備組成數(shù)控深孔鉆床設(shè)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(jī)構(gòu)等組成。該機(jī)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(wú)級(jí)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(shí)的加工精度和光潔度。工作臺(tái)進(jìn)給電機(jī)和主軸上下移動(dòng)、主軸前后移動(dòng)的電機(jī)都采用東菱伺服EPS系統(tǒng)同步伺服電機(jī),具有很高的可靠性和穩(wěn)定性,非常齊全的保護(hù)功能:具有過(guò)電流、過(guò)電壓、過(guò)載、電機(jī)過(guò)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(guò)大等各種保護(hù)。可以保證鉆頭的確定位和工件的高精度加工。三個(gè)軸的技術(shù)參數(shù)分別為:主軸前后移動(dòng)電機(jī)(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(jī)一聯(lián)軸器一滾珠絲杠。這種聯(lián)接方式裝配簡(jiǎn)單,調(diào)整方便,維修便利,適用于空問(wèn)位置較小,定位精度要求較高的情況。下面簡(jiǎn)述一下直接聯(lián)接式伺服系統(tǒng)的工作原理:伺服電機(jī)接收數(shù)控系統(tǒng)的指令脈沖,帶動(dòng)聯(lián)軸器、滾珠絲杠旋轉(zhuǎn),因?yàn)槁?lián)軸器同時(shí)聯(lián)接了伺服電機(jī)和滾珠絲杠的軸端,且聯(lián)軸器本身無(wú)任何問(wèn)隙,所以伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)1周,滾珠絲杠也同樣旋轉(zhuǎn)1周,而工作臺(tái)拖板與絲杠螺母座是連接在一起的。因此,伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)l周,工作臺(tái)拖板在直線方向上運(yùn)動(dòng)的距離為滾珠絲杠的導(dǎo)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(jiǎn)介數(shù)控程序是自動(dòng)加工零件的工作指令。在對(duì)加工零件進(jìn)行工藝分析的基礎(chǔ)上,確定零件

4、坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系上的相對(duì)位置,即零件在機(jī)床上的安裝位置。數(shù)控系統(tǒng)中輸入零件的所有運(yùn)動(dòng)、尺寸、工藝參數(shù)等加工信息后,用由文字、數(shù)字和符號(hào)組成的標(biāo)準(zhǔn)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(duì)于形狀復(fù)雜的零件,則要在專用的編程機(jī)或通用計(jì)算機(jī)上進(jìn)行自動(dòng)編程(APT或CAD/CAM設(shè)計(jì)。伺服驅(qū)動(dòng)器接收數(shù)控系統(tǒng)指令,控制伺服電機(jī)完成一系列動(dòng)作,同時(shí)伺服電機(jī)反饋信號(hào)給數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按有無(wú)反饋檢測(cè)單元分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種類型,這兩種類型的伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)控制單元都必不可少。驅(qū)動(dòng)控制單元的作用是將進(jìn)給指令轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件所需要

5、的信號(hào)形式,執(zhí)行元件則將該信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的機(jī)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(dòng)控制單元、比較控制環(huán)節(jié)、反饋檢測(cè)單元、以及機(jī)床等組成。反饋檢測(cè)單元將工作臺(tái)的實(shí)際位置檢測(cè)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(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)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(dòng)控制單元,驅(qū)動(dòng)和控制執(zhí)行元件帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于進(jìn)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(dòng)態(tài)響應(yīng)及較高的定位精度,東菱同步伺服基于DSP+FPGA+IPM的硬件平臺(tái),有著高速度頻率響應(yīng),具有共振抑制功能,可以精確調(diào)諧,消除震動(dòng);控制精度可以達(dá)到1個(gè)脈沖,這都很好的保證了進(jìn)給軸的驅(qū)動(dòng)要求。4、東菱伺服

6、參數(shù)設(shè)置設(shè)定伺服控制方式、齒輪比等參數(shù),然后進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)測(cè)試,如果定位和速度精度達(dá)到要求,則調(diào)試完畢;如果未達(dá)到要求,則增大速度環(huán)路增益,此時(shí)如果出現(xiàn)電機(jī)停止時(shí)過(guò)沖或抖動(dòng),或者電機(jī)有響聲,那么說(shuō)明環(huán)路控制參數(shù)調(diào)的有些過(guò)強(qiáng),再適當(dāng)?shù)臏p小比例或加大積分時(shí)間常數(shù),直到位置和速度精度都達(dá)到要求,則說(shuō)明位置環(huán)和速度環(huán)的比例和積分時(shí)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(shè)置說(shuō)明。X軸:PA4=0(控制方式選擇,0:位置控制;PA9=17(電機(jī)型號(hào)選擇,不同電機(jī)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(shí)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(shí)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(jī)型號(hào)選擇,不同電機(jī)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(shí)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(shí)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(jī)型號(hào)選擇,不同電機(jī)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(shí)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(shí)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(jī)每轉(zhuǎn)脈沖數(shù),指電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈電機(jī)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(dòng)器的脈沖數(shù)為2500×4=10000;P:指要使電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈伺服所需接收的上位機(jī)指令脈沖數(shù)(脈沖/圈;5、調(diào)試注意事項(xiàng)為了保證伺服驅(qū)動(dòng)器能夠可靠、穩(wěn)定、正確的運(yùn)行,在伺服系統(tǒng)的安裝、調(diào)試以及使用過(guò)程中,應(yīng)注意以下事項(xiàng):1正確的接線:東菱伺服標(biāo)配編碼器線和電機(jī)動(dòng)力線,不過(guò)接線時(shí)一定要正確連接伺服驅(qū)動(dòng)器與控制器之間的信號(hào)線,否則伺服不會(huì)正常運(yùn)行;2正確的設(shè)置伺服控制模式:由于每種機(jī)器應(yīng)用都有所不同,所以正確的設(shè)置伺服控制模式是保證伺服正確運(yùn)行的前提;3根據(jù)實(shí)際運(yùn)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(jī)運(yùn)行的情況下設(shè)置電子位置環(huán)和齒輪比參數(shù)。4確保電機(jī)良好的接地,驅(qū)動(dòng)器與設(shè)備機(jī)殼連接。一方面避免干擾,另一方面避免漏電。5信號(hào)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(wèn)題,避免編碼器信號(hào)和控制信號(hào)受到干擾,編碼器線、信號(hào)線不要與電機(jī)線、電源線綁扎在一