东菱EPS系列伺服在数控深孔钻床上的应用

1、东菱伺服在数控深孔钻床上的应用东菱技术股份有限公司摘要:本文基于对数控深孔钻床工作原理等的分析,介绍了东菱EPS系列伺服系统在数控深孔钻床上的应用,给出了伺服驱动器关键参数的设置。1、引言数控深孔钻床是钻削深度比直径大得多的孔的专门化机床,主要服务于汽车动力总成制造业,汽车零部件制造业,燃油喷射零部件加工,模具制造业,深孔加工,特殊用途零件的深孔加工。目前全伺服数控钻床机已加工企业中渐渐得到应用。全伺服的钻床在产量,效率,劳动强度,产品质量上都有很好的优势。东菱伺服驱动器在数控深孔钻床上的应用为国产数控钻床提供了良好的解决方案。2、数控深孔钻床设备组成数控深孔钻床设备整套系统由数控系统、伺服控

2、制系统、执行机构等组成。该机床主控系统采用凯恩帝数控系统,主轴采用东菱异步伺服控制,功率为7.5KW,可以做到无级变速,调速范围宽,速度控制精度高,可以保证在钻削加工时的加工精度和光洁度。工作台进给电机和主轴上下移动、主轴前后移动的电机都采用东菱伺服EPS系统同步伺服电机,具有很高的可靠性和稳定性,非常齐全的保护功能:具有过电流、过电压、过载、电机过热、编码器故障、再生故障、欠电压或瞬间电源故障、超速、误差过大等各种保护。可以保证钻头的确定位和工件的高精度加工。三个轴的技术参数分别为:主轴前后移动电机(Z轴 1.5KW 6N.m,2500rpm在数控深孔钻床上常用的伺服系统主要采用直接联接方式

3、:伺服电机一联轴器一滚珠丝杠。这种联接方式装配简单,调整方便,维修便利,适用于空问位置较小,定位精度要求较高的情况。下面简述一下直接联接式伺服系统的工作原理:伺服电机接收数控系统的指令脉冲,带动联轴器、滚珠丝杠旋转,因为联轴器同时联接了伺服电机和滚珠丝杠的轴端,且联轴器本身无任何问隙,所以伺服电机旋转1周,滚珠丝杠也同样旋转1周,而工作台拖板与丝杠螺母座是连接在一起的。因此,伺服电机旋转l周,工作台拖板在直线方向上运动的距离为滚珠丝杠的导程。数控深孔钻床外形图如图一所示: 图一数控深孔钻床外形图3、数控深孔钻床原理简介数控程序是自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上,确定零件

4、坐标系在机床坐标系上的相对位置,即零件在机床上的安装位置。数控系统中输入零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后,用由文字、数字和符号组成的标准数控代码,按规定的方法和格式,编制零件加工的数控程序。对于形状复杂的零件,则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程(APT或CAD/CAM设计。伺服驱动器接收数控系统指令,控制伺服电机完成一系列动作,同时伺服电机反馈信号给数控系统。数控机床的伺服驱动系统按有无反馈检测单元分为开环和闭环两种类型,这两种类型的伺服驱动系统的基本组成不完全相同。但不管是哪种类型,执行元件及其驱动控制单元都必不可少。驱动控制单元的作用是将进给指令转化为驱动执行元件所需要

5、的信号形式,执行元件则将该信号转化为相应的机械位移。闭环数控系统的结构框图,它由执行元件、驱动控制单元、比较控制环节、反馈检测单元、以及机床等组成。反馈检测单元将工作台的实际位置检测后反馈给比较控制环节,比较控制环节将指令信号和反馈信号进行比较,以两者的差值作为伺服系统的跟随误差经驱动控制单元,驱动和控制执行元件带动工作台运动。对于进给轴X、Y、Z的伺服性能的要求主要是伺服系统有较高的动态响应及较高的定位精度,东菱同步伺服基于DSP+FPGA+IPM的硬件平台,有着高速度频率响应,具有共振抑制功能,可以精确调谐,消除震动;控制精度可以达到1个脉冲,这都很好的保证了进给轴的驱动要求。4、东菱伺服

6、参数设置设定伺服控制方式、齿轮比等参数,然后进行往复运动测试,如果定位和速度精度达到要求,则调试完毕;如果未达到要求,则增大速度环路增益,此时如果出现电机停止时过冲或抖动,或者电机有响声,那么说明环路控制参数调的有些过强,再适当的减小比例或加大积分时间常数,直到位置和速度精度都达到要求,则说明位置环和速度环的比例和积分时间常数值为合适值。广东某数控深孔钻床上,以下是东菱伺服控制系统的参数设置说明。X轴:PA4=0(控制方式选择,0:位置控制;PA9=17(电机型号选择,不同电机此参数不一样;PA11=3500(位置环增益,范围5008000;PA14=2500(速度环增益,范围5008000;

7、PA15=3000(速度环积分时间常数,范围5008000;PA27=1(脉冲输入逻辑取反,范围01;PA31=1(输入指令脉冲倍频分子;PA32=1(输入指令脉冲倍频分母;PA38=1000(电流环增益,范围5008000;PA41=10(电流环积分时间常数,范围1050;PA64=0(使能方式,0:内部使能,64:外部使能;Y轴:PA4=0(控制方式选择,0:位置控制;PA9=17(电机型号选择,不同电机此参数不一样;PA11=3500(位置环增益,范围5008000;PA14=2500(速度环增益,范围5008000;PA15=3000(速度环积分时间常数,范围5008000;PA27=

8、1(脉冲输入逻辑取反,范围01;PA31=1(输入指令脉冲倍频分子;PA32=1(输入指令脉冲倍频分母;PA38=1500(电流环增益,范围5008000;PA41=10(电流环积分时间常数,范围1050;PA64=0(使能方式,0:内部使能,64:外部使能;Z轴:PA4=0(控制方式选择,0:位置控制;PA9=18(电机型号选择,不同电机此参数不一样;PA11=3500(位置环增益,范围5008000;PA14=1800(速度环增益,范围5008000;PA15=3000(速度环积分时间常数,范围5008000;PA27=1(脉冲输入逻辑取反,范围01;PA31=1(输入指令脉冲倍频分子;P

9、A32=1(输入指令脉冲倍频分母;PA38=1000(电流环增益,范围5008000;PA41=10(电流环积分时间常数,范围1050;PA64=0(使能方式,0:内部使能,64:外部使能;注:电子齿轮比=PA31/PA32=Ppulse / P其中Ppulse :电机每转脉冲数,指电机旋转一圈电机反馈元件反馈的的脉冲数(脉冲/圈。如2500线的增量式编码器,其反馈到驱动器的脉冲数为2500×4=10000;P:指要使电机旋转一圈伺服所需接收的上位机指令脉冲数(脉冲/圈;5、调试注意事项为了保证伺服驱动器能够可靠、稳定、正确的运行,在伺服系统的安装、调试以及使用过程中,应注意以下事项:1正确的接线:东菱伺服标配编码器线和电机动力线,不过接线时一定要正确连接伺服驱动器与控制器之间的信号线,否则伺服不会正常运行;2正确的设置伺服控制模式:由于每种机器应用都有所不同,所以正确的设置伺服控制模式是保证伺服正确运行的前提;3根据实际运行效果正确匹配增益参数,另外东菱伺服不要在伺服使能的情况下或电机运行的情况下设置电子位置环和齿轮比参数。4确保电机良好的接地,驱动器与设备机壳连接。一方面避免干扰,另一方面避免漏电。5信号线尽量选择屏蔽双绞线,屏蔽层一般接到端子外壳;6注意干扰问题,避免编码器信号和控制信号受到干扰,编码器线、信号线不要与电机线、电源线绑扎在一