数控车床进给驱动系统的设计

天津市职业技师鉴定论文数控车床进给驱动系统的设计姓名：xx所报工种：数控车床工申报等级：二级身份证号：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx所在单位：目录摘要.........................................................................................................................1关键词.....................................................................................................................11数控机床伺服系统的选择.........................................................................12数控伺服进给驱动系统的组成...............................................................22.1GL2000数控系统.....................................................................................22．2伺服电机及驱动器...............................................................................32．3进给伺服系统的位置控制.................................................................33结语....................................................................................................................6参考文献................................................................................................................7【摘要】：介绍了数控进给伺服系统的组成和分类，重点对合肥中宝机械制造有限公司的一台S1系列数控机床进行改造，选用了合肥工业大学的GI_2000数控系统，配置了安川伺服电机和驱动器，整个系统运行可靠，达到预期的设计改造要求。【关键词】：伺服系统；改造数控进给驱动系统的设计1数控机床伺服系统的选择伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统。在数控机床中，伺服系统是数控装置和机床的联系环节，是数控系统的重要组成部分之一。它的作用是把来自数控装置中插补器的指令脉冲或计算机软件生成的指令脉冲，经变换和放大后，转换为机床移动部件的机械运动。并保证动作的快速和准确。数控机床的速度和精度等指标，往往主要取决于伺服系统。下面主要介绍3种类型伺服系统，应根据具体情况进行选择。(1)步进电机拖动的开环系统(见图1)。在此系统中，执行元件是步进电机，它受驱动控制线路的控制，将代表进给脉冲的电平信号直接转换为具有定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工作台移动。只要控制指令脉冲的数量、频率和通电顺序，便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称为开环系统。由于该系统没有反馈检测环节。因此，系统的位移精度较低，其定位精度一般可达±0．02ITtIn。该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。(2)闭环伺服系统(见图2)。该系统与开环系统的区别是：由光栅，感应同步器等位置检测装置测出机床实际工作台的实际位移，并转换成电信号，与数控装置发出的指令位移信号进行比较，当两者不等时有一差值，伺服放大器将其放大后，用来控制伺服电机带动机床工作台运动，直到差值为零时停止运动。闭环进给系统在结构上比开环伺服系统复杂，成本也高，且调试维修较难，但可以获得比开环系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。(3)半闭环控制系统(见图3)。半闭环系统检测元件装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。它只能补偿系统环路中传动链的部分误差。因此，其精度比闭环系统要差一些。但是它的结构及其调试比闭环系统简单，且造价低。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机作为一个整体时，则无需考虑位置检测装置的安装问题。由于要实现较高的精度，拟采用光学编码器反馈的半闭环控制系统。该文介绍的机床进给伺服驱动系统设计是合肥中宝机械制造有限公司的一个技术改造项目，改造对象为一台S1系列数控车床，结合公司提出的要求，采用交流半闭环控制系统。2数控伺服进给驱动系统的组成2.1GL2000数控系统GL2000数控系统是合肥工业大学CIMS研究所的研究产品，它是一个基于IPC的模块化开放式数控系统。系统具有自主知识产权；开放式体系结构，当今数控系统的主流；国际知名品牌的工控机IPC硬件平台；通用化程度高、组态灵活，可满足用户个性化需求；LCD液晶显示，大容量FLASH电子盘和高密软盘；强大的参数化固定循环、子程序调用和宏指令功能；加工轨迹动态仿真和实时显示；易学易用，中文交互式菜单“所想即所得”的操作方式；支持CAM／CNC一体化，满足复杂零件自动编程要求；巨型NC程序常驻内存加工，克服传统DNC“边加工边传送”的缺点；支持WindowsNT、Novell等开放网络平台，经济快速地构建FMS系统；采用国内外知名品牌的交、直流伺服装置或步进电机驱动；提供离线编程、仿真和操作培训软件；支持网上培训和技术服务。GL2000数控系统适用范围广泛，该系统适用于车床、铣床、磨床等数控机床的配套和机床数控改造，已产品化，和国内众多机床厂配套，并成功地用于机床改造。主要技术参数为：控制轴数1～15；最大联动轴数8；控制精度A、B、C轴0．001。，X、Y、Z轴O．0005～O．001IBm。2．2伺服电机及驱动器该数控伺服驱动系统使用交流伺服电机，采用安川公司的产品。由于交流伺服电机具有结构简单，动态响应好，输出功率大，价格低等优点；另一方面近年来新型功率元器件，专用集成电路，新的控制算法等发展带动了交流驱动电源的发展，使其调速性能更适应数控机床伺服系统的要求。所以交流伺服电机正逐步取代步进电机和直流伺服电机。(1)伺服单元与伺服电机规格的选择根据数控机床工作负载的大小，选择伺服电机的参数如下：型号SCmGH一09A口A额定输出功率／kW0．85额定转速／r·min1500额定电流，A7．1最高转速／r·min3000根据已经选择好的伺服电机查表(伺服单元与SGDMGH型伺服电机的配套规格)得，可以配套使用的伺服单元有2种：SGDM一10AD，SGDM—IOADA，本设计选用SGDM一10ADA型伺服单元。(2)编码器的选择由安川公司的设计手册查编码器与伺服电机的匹配表，由于该系统选用的是SGMGH型伺服电机，所以选择17比特增量型编码器。2．3进给伺服系统的位置控制GL2000数控系统和安川伺服驱动单元信号连接如图4所示。图4GL20~数控系统与安川伺服驱动单元的信号连接P1插座为GL2000数控身体的位置控制信号接口，数控系统P1的6，7，8，9号为脉冲输出信号，即z，+z，一，+信号，分别送到进给轴轴和z轴驱动器信号输入接口的11，7号引脚，来实现电机转动角度和正反向控制，进一步达到控制工作台位移的目-的。伺服电动机的位置反馈信号直接送给伺服驱动器，构成半闭环伺服驱动系统，这些这里都不做赘述。对于该进给伺服驱动系统，以下重点对电子齿轮比如何设定进行讨论。所谓“电子齿轮”功能，是指可以将与输入指令脉冲相当的电机移动量，设定为任意值的功能。发出指令脉冲的“上级装置”，在进行控制时，可以不用顾及机械的减速比和编码器的脉冲数。(1)与电子齿轮相关的要素有：减速比，滚珠丝杠节距和滑轮直径等。(2)确认SGMGH伺服电机的编码器脉冲数。由于已选用了17比特的增益型编码器，查文献可得SCmDH的编码器脉冲数是32768。(3)求电子齿轮比(B/A)将电机轴和负载轴的减速比设为(n/m)。即：电机旋转m圈，负载轴旋转／t圈。查机床用户手册可知机床x向的减速比为22／45，Z向的减速比为22／50(4)设定用户常数．在将电子齿轮比B/A的值约分后，把A、B都选定为小于“65535”的整数值，并设定为用户常数。3结语该项目自从2006年6月份验收以来，一直运行稳定，可靠性很高。通过技术开发，使该数控车床的控制精度达到0．001／0．OO2姗，比原来提高了5倍，加工效率很高。产生了很大的经济和社会效益，具有较强的现实意义。参考文献：[I]余英良．机床数控改造设计与实例[M]．北京：机械工业出版社，1998．[2]刘文波，段智敏，陈白宁．机床数控技术[M]．沈阳：东北大学出版社，2OOO．[3]曹风．微机数控技术及应用[M]．北京：电子科大出版社，2OOO．[4]王治森，高荣．新型数控系统的研究[J]．合肥工业大学学报，2OO5