英威腾伺服在雕铣机上的应用

2014/10/31 9:50:21

1. 引言

随着中国经济的快速发展,市场对高速高精度雕铣机的需求日益增多。顾名思义,雕铣机既可做精细雕刻,又能做切割、镂铣。在一定程度上既可以替代雕刻机,也可以替代一些小型的加工中心,应用范围相当广泛,在模具行业、电子信息行业、汽车行业乃至传统的五金、家具等行业都有着巨大的应用需求,市场前景广阔。而数控高速雕铣机是伺服产品的重点应用行业,也最能考验伺服产品性能的好坏。一台雕铣机一般需要3-5台伺服电机做高速进给,可见对伺服产品的需求量甚大。根据工作台、加工件大小以及重量不同,所选伺服电机的范围一般在200W至1KW之间。

此次选用英威腾伺服的客户是深圳某知名研发制造雕铣机的企业,该企业对伺服产品的选用是十分严格的,其产品在行业内一直以性能好、稳定而著称。此前该企业一直选用某日系著名品牌的伺服产品,应用良好,比较美中不足的是价格过高。当前雕铣机市场竞争也十分激烈,成本压力很大,所以该企业一直想选用性价比更高的产品。经过试用,客户发现使用英威腾伺服产品的设备和使用日系产品的设备加工出来的零件的尺寸、光洁度完全一样,这也充分说明英威腾伺服完全达到了雕铣机设备所要求的性能。在雕铣机上的成功应用突破,也标志着英威腾伺服在性能上再上一个台阶,达到了一流水平。

 

2. 雕铣机系统架构

一般雕铣机的结构包括以下部分:数控系统、主轴系统和运动进给系统。该企业的雕铣机数控是由专用运动控制卡组成,客户独立开发的控制程序。主轴系统采用国外进口一体式的电主轴,利用英威腾CHV系列变频器进行驱动。运动进给系统由3台伺服电机组成。其中一台用于X轴进给,一台用于Y轴进给,一台用于Z轴进给。其中X、Y轴运动进给系统由滚珠丝杆,弹性联轴器,线性导轨,伺服电机等组成,伺服电机选用的为英威腾750W伺服产品。Z轴运动进给系统也由滚珠丝杆,弹性联轴器,线性导轨,伺服电机等组成,伺服电机选用的为英威腾400W伺服产品,带抱闸系列。
该企业的雕铣机机械设计采用超宽的立柱和横梁,它有极好的对称性和极佳的刚性,移动部分则加宽了导轨与导轨之间的距离,以克服不良力矩的问题。这是高速切削设备的首选结构。因为这种结构基本上可以保证雕铣机的非移动部分的刚性尽可能的好,而移动部分在保持灵活的同时,也会保持较好的刚性。而且这还有利于在不影响机械系统刚度的同时,尽量减小机械转动惯量。较小的机械转动惯量比可以保证伺服系统有很高的响应频率。而雕铣机对伺服性能的要求就是要有很高的响应频率,很高的系统刚性,良好的低速特性。其结构示意图如下:

3. 英威腾伺服调试

英威腾伺服已经在弹簧机、高速绕线机、高速剥线机、雕铣机、、卷绕机、切割机、机器人、纺织机械、包装机械等行业得到成功的应用,具有接线简单、调试方便的特点。

伺服驱动器一般有电流环、速度环和位置环三个环路组成,其结构图如下:

图2 伺服驱动器结构图

 

英威腾伺服调试的一般原则是:当电机固定后,电流环参数就固定不变。速度环参数与电机负载和机械转动惯量有关,增益越高,积分时间越小,伺服驱动器的响应越快,所以一般在调试的时候要在机械系统不振动的情况下尽可能提高速度环增益,减小速度环积分时间。位置环增益和机械系统刚度有关,这个要根据客户的需要来设置。

a) 选择合适惯量电机,机床机械转动惯量要与电机惯量相匹配。

b) 进给速度提高后,伺服系统的跟随误差会随速度的提高加大,影响移动件的动态精度,这就要求提高速度响应,增大位置环刚度,最大限度减小动态跟随误差。

c)机台构件有其固有频率,当产生谐振时,噪音,振动,响应速度受限。利用英威腾伺服的上位机软件确认谐振点,利用陷波滤波器消除机械谐振,提升机床响应速度。

d)传统手动调试伺服参数,经验性强,一般都可以调试到满足机床要求,不过当难以调试到最佳状态,可以用英威腾伺服上位机调试软件进行调试,以帮助你把伺服调试到最佳的性能。

图3 英威腾伺服雕铣机应用调试流程图

 

主要参数设置如下表:

 

功能码

X轴

Y轴

Z轴

PA01

0

0

0

PA04

5

5

1

PA05

2

2

1

PA06

2

2

2

PB01

1000

1000

1000

PB04

2600

2600

1800

PB05

100

100

100

PB06

2000

2000

1500

PB07

3000

3000

2200

PB08

1000

1000

1000

PB17

5

5

5

PB18

15

15

15

PB20

675

620

2000

PB21

5

5

10

 

经过调试,完全达到了该客户的性能要求。雕铣机和伺服相关的具体运行参数如下表:

分辨率

 

0.001mm

工作台行程

600times;400times;250mm

工作台承重

350Kg

最高进给速度

10m/min

定位精度

plusmn;0.017/500mm

重复定位精度

0.008mm

 

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