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伺服電機(jī)朝著高速高精化的發(fā)展

2023-06-12 13:47:59

       伺服電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展推動加工技術(shù)的高速高精化。80年代以來,數(shù)控系統(tǒng)逐漸應(yīng)用伺服電機(jī)作為驅(qū)動器件。交流伺服電機(jī)內(nèi)是無刷結(jié)構(gòu),幾乎不需維修,體積相對較小,有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高。目前交流伺服系統(tǒng)已在很大范圍內(nèi)取代了直流伺服系統(tǒng)。在當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)中,交流伺服取代直流伺服、軟件控制取代硬件控制成為了伺服技術(shù)的發(fā)展趨勢。由此產(chǎn)生了應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給和主軸裝置上的交流數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)。隨著微處理器和全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展,數(shù)控系統(tǒng)的計(jì)算速度大大提高,采樣時間大大減少。硬件伺服控制變?yōu)檐浖欧刂坪螅蟠蟮靥岣吡怂欧到y(tǒng)的性能。例如OSP-U10/U100網(wǎng)絡(luò)式數(shù)控系統(tǒng)的伺服控制環(huán)就是一種高性能的伺服控制網(wǎng),它對進(jìn)行自律控制的各個伺服裝置和部件實(shí)現(xiàn)了分散配置,網(wǎng)絡(luò)連接,進(jìn)一步發(fā)揮了它對機(jī)床的控制能力和通信速度。這些技術(shù)的發(fā)展,使伺服系統(tǒng)性能改善、可靠性提高、調(diào)試方便、柔性增強(qiáng),大大推動了高精高速加工技術(shù)的發(fā)展。


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  另外,先進(jìn)傳感器檢測技術(shù)的發(fā)展也極大地提高了交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能和定位精度。交流伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一般選用無刷旋轉(zhuǎn)變壓器、混合型的光電編碼器和編碼器作為位置、速度傳感器,其傳感器具有小于1μs的響應(yīng)時間。伺服電動機(jī)本身也在向高速方向發(fā)展,與上述高速編碼器配合實(shí)現(xiàn)了60m/min甚至100m/min的快速進(jìn)給和1g的加速度。為保證高速時電動機(jī)旋轉(zhuǎn)更加平滑,改進(jìn)了電動機(jī)的磁路設(shè)計(jì),并配合高速數(shù)字伺服軟件,可保證電動機(jī)即使在小于1μm轉(zhuǎn)動時也顯得平滑而無爬行。

  

  交流直線伺服電機(jī)直接驅(qū)動進(jìn)給技術(shù)已趨成熟。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動有“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)精密高速滾珠絲杠”和“直線電機(jī)直接驅(qū)動”兩種類型。傳統(tǒng)的滾珠絲杠工藝成熟加工精度較高,實(shí)現(xiàn)高速化的成本相對較低,所以目前應(yīng)用廣泛。使用滾,珠絲杠驅(qū)動的高速加工機(jī)床移動速度90m/min,加速度1.5g。但滾珠絲杠是機(jī)械傳動,機(jī)械元件間存在彈性變形、摩擦和反向間隙,相應(yīng)會造成運(yùn)動滯后和非線性誤差,所以再進(jìn)一步提高滾珠絲杠副移動速度和加速度比較難了。90年代以來,高速高精的大型加工機(jī)床中,應(yīng)用直線電機(jī)直接驅(qū)動進(jìn)給驅(qū)動方式。它比滾珠絲杠驅(qū)動具有剛度更高、速度范圍更寬、加速特性更好、運(yùn)動慣量更小、動態(tài)響應(yīng)性能更佳,運(yùn)行更平穩(wěn)、位置精度更高等優(yōu)點(diǎn)。且直線電機(jī)直接驅(qū)動,不需中間機(jī)械傳動,減小了機(jī)械磨損與傳動誤差,減少了維護(hù)工作。直線電機(jī)直接驅(qū)動與滾珠絲杠傳動相比,其速度提高30倍,加速度提高10倍,達(dá)10g,剛度提高7倍,高響應(yīng)頻率達(dá)100Hz,還有較大的發(fā)展余地。當(dāng)前,在高速高精加工機(jī)床領(lǐng)域中,兩種驅(qū)動方式還會并存相當(dāng)長一段時間,但從發(fā)展趨勢來看,直線電機(jī)驅(qū)動所占的比重會愈來愈大。種種跡象表明,直線電機(jī)驅(qū)動在高速高精加工機(jī)床上的應(yīng)用已進(jìn)入加速增長期。


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