伺服系统应用案例

伺服系统应用案例 山w心0W0P［匚.匚口ni主轴电机与伺服电机有什么区别？ 1答:数控机床用电机主要有两种电机:进给伺服电机和主轴电机。数控机床对进给伺服电机的要求主要为：机械特性:要求伺服电机的速降小、刚度大；快速响应的要求:这在轮廓加工，特别对曲率大的加工对象进行高速加工时要求较严格；调速范围:这可以使数控机床适用于各种不同的刀具、加工材质;适应于各种不同的加工工艺；一定的输出转矩，并要求一定的过载转矩。机床进给机械负载的性质主要是克服工作台的摩擦力和切削的阻力，因此主要是”恒转矩”的性质。对主轴电机的要求主要为:足够的输出功率，数控机床的主轴负载性质近似于”恒功率”也就是当机床的主轴转速高时，输出转矩较小;主轴转速低时，输出转矩大;即要求主轴驱动装置要具有”恒功率”的性质；调速范围:为保证数控机床适用于各种不同的刀具、加工材质；适应于各种不同的加工工艺，要求主轴电机具有一定的调速范围。但对主轴的要求比进给低；速度精度:一般要求静差度小于5%，更高的要求为小于1%；快速:主轴驱动装置有时也用在定位功能上，这就要求它也具有一定的快速性。为什么伺服电机和主轴电机的输出指标不同，伺服电机以转矩(N.m)，主轴以功率(kW)为指标？答:一般说来，伺服电机和主轴电机在数控机床里作用不同，伺服电机驱动机床的工作台，工作台的负载阻尼为折合到电机轴上的转矩，所以伺服电机以转矩(N.m)为指标。主轴电机驱动机床的主轴，它的负载必需满足机床的功率，所以主轴电机以功率(kW)为指标。这是习惯的叫法。其实，通过力学公式的换算，这两个指标可以进行互算。伺服电机的特性曲线是怎么样？曲线上哪些是典型的参数点？答:图1为伺服电机的主要特性曲线之一。在图上，3max为额定速度和最大允许速度。T0为连续额定堵转转矩，T2为连续额定转矩，Tmax为最大堵转转矩，T1为为断续额定转矩。P0为额定输出功率，Pmax为最大输出功率。堵转转矩是指电机转子在其所有角位堵住时所产生的转矩的最小测得值。以FANUC的伺服电机为例，以上特性曲线是对应电机电流为正弦、环境温度为20°C的情况，并有土10%的容差。如果环境温度高于它，工作的极限还得降低。由于铁磁材料的温度系数为负，因此，特性曲线上的值要降低。对于大于20C的情况，每升高1C曲线上的值对FANUC的ai大约降低0.19%，对ais大约为0.11%;建议选择70%的电机额定值作为负载满负荷。伺服电机从额定堵转转矩到高速运转时，为什么转矩降低(参见图1)？答:转矩降低主要是由于电机绕组的散热变坏和机械部分发热引起的。高速时，电机温升变大，因此，正确使用伺服电机前一定要对电机的负载进行验算。

图1图1伺服电机特性/r/如何验算伺服电机的负载？答:一般伺服电机有两种负载:阻尼负载和惯性负载;验算的结果要使电机输出轴的阻尼负载转矩不超过特性曲线允许的范围;验算惯性负载主要是计算电机轴上的惯量，然后计算是否满足加、减速时间的要求。使用FANUC的交流伺服电机，对负载惯量有什么要求？答:负载惯量很大地影响伺服电机的控制能力和快速加减速时间。因此，正确选择负载惯量的大小十分重要。对于FANUC的a、ai、ais系列的伺服电机，如果折合到电机轴上的负载惯量等于或小于电机转子的惯量，工作不会发生问题。一般稳定正常工作要求折合到电机轴上的负载惯量小于电机转子的3倍。如果生产机械折合到电机轴上的负载惯量大于电机转子的3-5倍时，还按正常调试的参数设定，系统可能工作不正常。要尽量避免采用这种负载工作。需要时联系FANUC的技术人员解决。FANUC伺服电机的防护是什么等级？答:FANUC伺服电机的防护等级如表1、表2:表1FANUC伺服电机的防护等级表2FANUC的主轴电机防护等级表里的数据并不表明任何的尘埃都可以防止、任何的喷水都可以抵挡。对于防护等级所包含的意义在防护标准里都有明确的数据规定。机床设计师除了应该选择合理的防护等级外，还应该在设计中考虑如何更好地保护伺服电机。使伺服电机尽量不在恶劣环境下工作。FANUC伺服电机ais与8is有什么区别？答:除电机的参数不同外，ais和电机的编码器为1000,000/rev;而伺服电机8is的编码器却是130,000/revoais更适合于高精度的加工。FANUC的8is伺服电机是否可用于模具加工？答:不同精度的模具对加工精度的要求也不同，对模具加工设备的要求也不同。档次为中、低档的模具，如果选择8is伺服电机、加上数控系统FS-0i有关的高精度加工功能是可以加工出符合要求的模具。但对中、高档的模具加工最好选择ais的伺服电机和具有高精、高速功能的数控系统，比如FANUC数控系统FS-18io对立式加工中心，当伺服急停或报警时，伺服单元的主接触器MCC断电，由于伺服电机的制动有滞后，机床的主轴箱就会下滑，(甚至损坏工具或工件，n如何克服这个缺陷？答:FANUC的数控系统，有一个”制动器控制功能”，可以在一定的范围内延时控制MCC断电的时间，另外，还可以延时急停起作用时间设一般制动器动作的时间为tl,选择MCC动作时间t2大于tl,急停起作用时间为t3,t3>t2，就可以达到控制主轴箱下滑目的。比如，选择t1=50-100ms，t2=200ms，t3=400ms就可以防止主轴箱下滑。使用主轴电机时与负载的工作制有什么关系？答:工作制表明电机在不同负载下的允许循环时间。电动机工作制为:S1〜S10;其中：S1工作制:连续工作制，保持在恒定负载下运行至热稳定状态;简称为S1;S2工作制:短时工作制，本工作制简称为S2，随后应标以持续工作时间。如S260min;S3工作制:断续周期工作制，按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段停机、断能时间。本工作制简称为S3,随后应标以负载持续率，如S325%;S4工作制:包括起动的断续周期工作制。本工作制简称为S4,随后应标以负载持续率以及折算到电机轴上的电机转动惯量JM、负载转动惯量Jext，如S425% JM=0.15kg.m2,Jext=0.7kg.m2;S5工作制:包括电制动的断续周期工作制。本工作制简称为S5,随后应标以负载持续率以及折算到电机轴上的电机转动惯量JM、负载转动惯量Jext,如S525% JM=0.15kg.m2,Jext=0.7kg.m2;S6工作制:连续周期工作制。每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段空载运行时间，无停机、断能时间。本工作制简称为S6,随后应标以负载持续率，如S640%;其他还有：S7工作制:包括电制动的连续周期工作制；S8工作制:包括负载-转速相应变化的连续周期工作制；S9工作制:负载和转速作非周期变化的连续周期工作制；S10工作制:离散恒定负载工作制。电机可以运行直至热稳定，并认为与S3〜S10工作制中的某一工作制等效。FANUC伺服电机运转一段时间后，用手摸会感觉很热，是否正常？答:伺服电机运转一段时间后有一定的温升，这是正常的。它的温升主要由电机绕组的温升决定。允许的绕组温升由绕组所采用的绝缘等级规定。比如，伺服电机。i、ais的绝缘等级为”F”，允许最大绕组的温升为125°C，如果环境温度为20°C,那么绕组的温度为145^,在电机的外壳当然会有热度。FANUC的主轴电机a、ap有什么区别？答:a和ap主轴电机间的差别是ap的主轴电机具有较大的”恒功率”范围，同样大小尺寸的a和ap主轴电机，a的输出功率比ap的主轴电机大。也就是说，ap的主轴电机是采用降低电机的功率而扩大了输出功率范围。如何检查伺服电机的绝缘电阻？答:当进货检查或发现电机有不祥征兆需要测量电机绕组的绝缘电阻时，用500V的电阻表进行测量。绕组对电机外壳的绝缘电阻应该大于或者等于100MQ,电机绝缘正常。小于1MQ时，不能使用。在10-100MQ间，可以应用，但要定时检测在1~10MQ间，要特别小心使用,并要经常检查。0W0p[=.匚口E在调试数控机床(用FANUC数控系统0i-A控制)的重复定位精度时，让机床的一个轴往复运动多次，观察诊断参数#300(伺服误差)，每次定位时其数值都不同，有时在某些位置，发现#300数值每次在增加，好像有累积误差，这是怎么产生的？答:FANUC数控系统0i-A的#300诊断参数的意义是伺服轴的位置偏差;它表示指令与实际移动距离之差。这个参数与很多因数有关。高精度机床在测重复定位精度时，#300数值大约在2~+2之间，视负载、机床导轨情况会有些变化。如果它变化不定，可以增大位置增益，或者改变机床的润滑看看情况是否变好。为什么FANUC的伺服系统需要电源变压器?如何选择电源变压器的容量？答:FANUC的伺服系统有两种输入：三相380V电源直接输入；通过三相380V/200V变压器输入。在我国，由于电网电压在有些地区的变化还比较大，为了保证系统可靠工作，建议采用带电源变压器的输入。计算所需电源容量可按照下面公式计算：设所需电源容量为A(kVA)，计算所需的PSM模块额定容量为B(kW)，选择的PSM模块额定容量为C(kW)SM额定输出时的电源容量为D(kVA);主轴电机连续额定输出为E(kW)，伺服电机连续额定输出为F(kW);首先计算所需的PSM模块额定容量B;然后计算A。B31.15XE+0.6XF那么:A=(B/C)XD例:系统选择主轴电机为a12/10000i电机，连续额定输出为11kW;伺服电机为3台a8/4000is，连续额定输出为2.5kW;那么：B31.15X11+0.6X2.5=14.15kW;选择PSM的额定容量为11(kW)SM额定输出时的电源容量为17(kVA);那么:A=(B/C)XD=(14.15/11)X17=22(kVA)也就是说，需要22kVA的电源容量。如何克服机械的自然频率引起的振动？答:所谓机械的自振是指由于机械自身的质量和机械系统的弹性变形使机械在运动过程中引起的振动。机械自振的频率3m也称为机械系统的自然频率。如下式：其中，3m为自然频率;Km为机械系统的刚度;JL为折合到电机轴上的转动惯量。设计和调试机床时，应使自然频率3m大于该坐标轴伺服系统的位置环的位置增益。什么是HRV控制功能？FANUC为了提高伺服装置的性能和实现数控系统的功能;对控制不断改进。其中最重要的控制功能为HRV控制。FANUC的CNC采用交流伺服电机，实际流过绕组的电流为交流电流。这有二种方法可以进行控制1)电流控制环和控制都为Ad苹;(2)通过坐标变换电流变量为DC量进行控制。现在一般采用后者进行控制。也称矢量变换控制。矢量控制原理为:交流电机中，转子由定子绕组感应的电流产生磁场;而定子电流含两个成份，一个影响激磁磁场，另一个影响电机输出转矩。这两个电流成份在定子耦合在一起;为了使交流电机应用在既需要速度又需要转矩控制的场合，必须把影响转矩的电流成份解耦控制，采用磁通向量控制法就可以分离这两个成份，并进行独立控制。HRV就是基于后者的控制。由于采用DC控制，它的控制特性不取决于电机的速度(即电流的频率);从速度控制的观点出发，这意味着由转矩指令决定的实际的转矩与电机的速度无关。HRV