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交流伺服電機在往復走絲電火花線切割機床中的應用（摘錄）
閱讀：1022 發布時間：2013-12-10
我國廣泛使用的往復走絲電火花線切割機床中,工作臺驅動單元大多采用步進電機系統。由于步進電機自身的原因,使往復走絲電火花線切割機床加工精度、運行速度與性能的提高受到較大影響,抑制了其發展。伺服電機的應用,可使機床在加工精度、運行速度及加工過程控制方面有較大的提升空間。
1步進電機系統與交流伺服電機系統的差異
步進電機系統和交流伺服電機系統在往復走絲電火花線切割機床中的應用差異,主要體現在控制分辨率、矩頻特性、響應速度、運行平穩性及可靠性等方面。
（1）控制精度不同:五相十拍混合式或反應式步進電機,步矩角一般為0.36;而對于帶17位編碼器的交流伺服電機,如寶瑪伺服系列中走絲采用的就是日本安川伺服電機系列,其脈沖分辨率為360/217=9.89,是步進電機的1/3275。
（2）低頻特性不同:步進電機低頻時易出現振動;交流伺服電機具有共振抑制功能,運轉平穩,無振動現象。
（3）矩頻特性不同:步進電機的輸出力矩隨轉速的升高而下降,較高轉速時會急劇下降;交流伺服電機在額定轉速內是恒扭矩輸出。
（4）過載能力不同:步進電機無過載能力;交流伺服電機過載能力強,通常zui大轉矩為額定轉矩的3倍以上。
（5）運行性能不同:步進電機為開環控制,啟動頻率過高會出現堵轉和丟步現象,停止時易過沖;交流伺服電機為閉環控制,通過編碼器來反饋信號,進行位置環和速度環控制,無過沖和丟步,提高了控制精度。
（6）速度響應性能不同:步進電機響應慢;交流伺服電機響應快,一般是步進的百分之幾,zui大移動速度是步進電機的數十倍,甚至更高。
（7）和工作臺絲杠的聯結方式不同:步進電機由于本身轉矩和分辨率的限制,多少采用齒輪聯結（細分電機除外）;交流伺服電機往往直聯,減少了傳動誤差和傳動噪聲。
（8）螺距補償:步進電機由于沒有狀態的反饋信號和反應速度慢,不好補償;交流伺服電機由于有編碼器且反應速度快,可方便地進行螺距補償,提高定位精度和重復定位精度。由于定位精度和重復定位精度高,提高了多次修刀切割后的精度,并降低了表面粗糙度值,方便地處理拐角。
2交流伺服電機驅動系統的選擇、控制及其參數整定方法
經過對多家交流伺服電機驅動系統的實際應用比較,松下公司的交流伺服電機及其驅動系統在運行性能和可靠性方面較突出,特別是其抗*力較強,可承受電火花放電環境下較強的電磁騷擾。在本公司中往復走絲電火花線切割機床中得到較好的應用。
2.1交流伺服電機的選擇
由于電火花線切割加工是放電加工,無切削力,再加上伺服電機的過載能力強,所以在選擇伺服電機功率扭矩的時候,可從工作臺面的重量、負載承重、導軌的形式（決定摩擦系數）、zui大運動速度等方面計算考慮。根據計算并結合實際使用情況來看,一般DK7763以下的機床選擇750W足夠了（以松下A4系列為例）,以中慣量、三相電機為好,額定轉矩大于2.4Nm,zui大轉矩大于7.1Nm。
2.2交流伺服電機的控制
（1）控制模式
交流伺服電機驅動器一般有3種控制模式:位置控制、速度控制、轉矩控制。電火花線切割機床一般采用位置控制。
（2）指令控制方式
交流伺服電機驅動器的指令控制方式一般有3種,分別是:AB正交脈沖型、正轉脈沖+反轉脈沖、指令脈沖+指令方向
根據往復走絲電火花線切割機床的控制特點,大多選用指令脈沖+指令方向類型的控制方式。由計算機內置的控制卡發出脈沖和方向信號,控制電機正反轉和轉動的速度、移動量的大小,從而使驅動工作臺按加工要求移動。如圖1所示,依次連接好伺服驅動器到伺服電機的動力線,伺服驅動器的U、V、W對應伺服電機插頭的A、B、C,相序不能錯,否則通電時電機會生故障報警;確認伺服驅動器和電機編碼器連接正確;確認伺服驅動器和計算機控制卡信號連接正確。為了提高可靠性,建議電機編碼器線要直達驅動器插頭,中間不要有過渡連接。為了輸入電壓的匹配和抗干擾,建議使用380V/200V的三相伺服變壓器。
（3）參數的正確設置在正確連線的情況下,伺服控制系統能否正常工作,參數設置至關重要。特別是剛性（慣量比）、位置環增益、速度環增益、電子齒輪比、速度環積分時間常數。在不振動和不嘯叫的情況,盡量提高位置環增益和慣量比。位置環相關參數的調整對加工精度影響較大,速度環相關參數的調整對加工表面粗糙。
我國廣泛使用的往復走絲電火花線切割機床中,工作臺驅動單元大多采用步進電機系統。由于步進電機自身的原因,使往復走絲電火花線切割機床加工精度、運行速度與性能的提高受到較大影響,抑制了其發展。伺服電機的應用,可使機床在加工精度、運行速度及加工過程控制方面有較大的提升空間。
1步進電機系統與交流伺服電機系統的差異
步進電機系統和交流伺服電機系統在往復走絲電火花線切割機床中的應用差異,主要體現在控制分辨率、矩頻特性、響應速度、運行平穩性及可靠性等方面。
（1）控制精度不同:五相十拍混合式或反應式步進電機,步矩角一般為0.36;而對于帶17位編碼器的交流伺服電機,如寶瑪伺服系列中走絲采用的就是日本安川伺服電機系列,其脈沖分辨率為360/217=9.89,是步進電機的1/3275。
（2）低頻特性不同:步進電機低頻時易出現振動;交流伺服電機具有共振抑制功能,運轉平穩,無振動現象。
（3）矩頻特性不同:步進電機的輸出力矩隨轉速的升高而下降,較高轉速時會急劇下降;交流伺服電機在額定轉速內是恒扭矩輸出。
（4）過載能力不同:步進電機無過載能力;交流伺服電機過載能力強,通常zui大轉矩為額定轉矩的3倍以上。
（5）運行性能不同:步進電機為開環控制,啟動頻率過高會出現堵轉和丟步現象,停止時易過沖;交流伺服電機為閉環控制,通過編碼器來反饋信號,進行位置環和速度環控制,無過沖和丟步,提高了控制精度。
（6）速度響應性能不同:步進電機響應慢;交流伺服電機響應快,一般是步進的百分之幾,zui大移動速度是步進電機的數十倍,甚至更高。
（7）和工作臺絲杠的聯結方式不同:步進電機由于本身轉矩和分辨率的限制,多少采用齒輪聯結（細分電機除外）;交流伺服電機往往直聯,減少了傳動誤差和傳動噪聲。
（8）螺距補償:步進電機由于沒有狀態的反饋信號和反應速度慢,不好補償;交流伺服電機由于有編碼器且反應速度快,可方便地進行螺距補償,提高定位精度和重復定位精度。由于定位精度和重復定位精度高,提高了多次修刀切割后的精度,并降低了表面粗糙度值,方便地處理拐角。
2交流伺服電機驅動系統的選擇、控制及其參數整定方法
經過對多家交流伺服電機驅動系統的實際應用比較,松下公司的交流伺服電機及其驅動系統在運行性能和可靠性方面較突出,特別是其抗*力較強,可承受電火花放電環境下較強的電磁騷擾。在本公司中往復走絲電火花線切割機床中得到較好的應用。
2.1交流伺服電機的選擇
由于電火花線切割加工是放電加工,無切削力,再加上伺服電機的過載能力強,所以在選擇伺服電機功率扭矩的時候,可從工作臺面的重量、負載承重、導軌的形式（決定摩擦系數）、zui大運動速度等方面計算考慮。根據計算并結合實際使用情況來看,一般DK7763以下的機床選擇750W足夠了（以松下A4系列為例）,以中慣量、三相電機為好,額定轉矩大于2.4Nm,zui大轉矩大于7.1Nm。
2.2交流伺服電機的控制
（1）控制模式
交流伺服電機驅動器一般有3種控制模式:位置控制、速度控制、轉矩控制。電火花線切割機床一般采用位置控制。
（2）指令控制方式
交流伺服電機驅動器的指令控制方式一般有3種,分別是:AB正交脈沖型、正轉脈沖+反轉脈沖、指令脈沖+指令方向
根據往復走絲電火花線切割機床的控制特點,大多選用指令脈沖+指令方向類型的控制方式。由計算機內置的控制卡發出脈沖和方向信號,控制電機正反轉和轉動的速度、移動量的大小,從而使驅動工作臺按加工要求移動。如圖1所示,依次連接好伺服驅動器到伺服電機的動力線,伺服驅動器的U、V、W對應伺服電機插頭的A、B、C,相序不能錯,否則通電時電機會生故障報警;確認伺服驅動器和電機編碼器連接正確;確認伺服驅動器和計算機控制卡信號連接正確。為了提高可靠性,建議電機編碼器線要直達驅動器插頭,中間不要有過渡連接。為了輸入電壓的匹配和抗干擾,建議使用380V/200V的三相伺服變壓器。
（3）參數的正確設置在正確連線的情況下,伺服控制系統能否正常工作,參數設置至關重要。特別是剛性（慣量比）、位置環增益、速度環增益、電子齒輪比、速度環積分時間常數。在不振動和不嘯叫的情況,盡量提高位置環增益和慣量比。位置環相關參數的調整對加工精度影響較大,速度環相關參數的調整對加工表面粗糙。
我國廣泛使用的往復走絲電火花線切割機床中,工作臺驅動單元大多采用步進電機系統。由于步進電機自身的原因,使往復走絲電火花線切割機床加工精度、運行速度與性能的提高受到較大影響,抑制了其發展。伺服電機的應用,可使機床在加工精度、運行速度及加工過程控制方面有較大的提升空間。