數控車（chē）床進給伺服驅動係統選型與改造（zào）-數控機床市場網

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數控車床進給伺服驅（qū）動係統選型與改造

2022-5-6 來源：榆林職業技術（shù）學（xué）院林學院作者：王（wáng）海

摘要：某中職學校一台ＣＫ－６１４０數控車床（chuáng）伺服係統電（diàn）氣元（yuán）器件開始老化、性能變（biàn）差、控製技術已經落（luò）後，經常出現死（sǐ）機等（děng）故障，從而造成加工工件（jiàn）報廢。因此，對該車（chē）床伺服係統進行改造升級（jí），以還原車床功能，滿足（zú）工件加工要求。

關鍵詞：數控車床（chuáng）；伺服係統；改造

０、引言

隨著機加工行業的蓬勃發展，許多老（lǎo）舊數控機床長期工作導致性能變差，控製技術落（luò）後，有的（de）甚（shèn）至不能工作。通過對數控（kòng）車床的改造，可以用較少的投入、較短的周期（qī）改善機床的使用性能和功能，同時節約設備的購置費。因此，本文（wén）著重介紹數控車床進給伺服驅動係統的選型與改造，對今後機床的伺服係（xì）統改造有著積極的意義。

１、進給伺服驅動的性能要求

數控車床的進給伺服係統是數控裝置與車床執行（háng）部（bù）件的樞紐，數（shù）控車床性能的好壞在很大程（chéng）度上是由進給伺服裝置性能決定的，所以（yǐ），進給驅動係統（tǒng）性能的開發和研究是本（běn）次數控車床改造的關鍵（jiàn）技術之一。

進給伺服係統是通過編程指令或機床操作而生成脈衝（chōng）指令，經過一係列處理反饋，最後實現數（shù）控車床刀具位置和運（yùn）動速度的控製係統。它一般由（yóu）位置控製、速度控（kòng）製、伺服（fú）電動機、檢測裝置和（hé）機械傳動機構組成，係統（tǒng）的組成如圖（tú）１所示。

圖（tú）１進給伺服係統的組成

進給驅動係統性能的高低決定著數控（kòng）車床質量的好壞，所以，數控車床對進給伺（sì）服係統各部件都有很高的要求（qiú），具體有以下幾點（diǎn）：①調速範圍寬；②輸出位置度高；③穩定性（xìng）好；④動態響（xiǎng）應快；⑤負載特性要硬；⑥響應速度快且無超調；⑦高性（xìng）能（néng）電動機；⑧伺服係統（tǒng）

的可靠（kào）性高，使用（yòng）方便，維修（xiū）購買成（chéng）本低。

２、進給伺（sì）服係統的分類以及選擇

數控車（chē）床的控製形式有開環控製和閉環控製兩種，閉環控製又分為半閉環和全（quán）閉環控製。

（１）開環控製伺服係（xì）統：該控製係統沒有（yǒu）檢測反饋裝置，驅動元件大部分（fèn）選用步進電動機，被廣泛應用於精（jīng）度要求不高的經濟型數控機床中，如圖２所示。

圖２開環控製伺服係統框（kuàng）圖

（２）半閉（bì）環控製伺（sì）服係統：檢測反饋裝置裝（zhuāng）到伺（sì）服電動機的非輸出軸端上，調試方便，可以獲得比較穩定的控製特性，如圖３所示。

圖３半閉環控製伺服係統框圖

（３）全閉環控製伺服係統：位置檢測裝置被裝在車床工作台上，調試時，其係統穩定狀態很（hěn）難達到（dào），如圖４所示。

圖（tú）４全閉環控製（zhì）係統框圖

通過分析上（shàng）述（shù）各進給驅動係統的特點，為了提高進（jìn）給驅動係統的（de）性（xìng）能以滿足對車（chē）床加工精度的要求，本次數控車床（chuáng）改造選擇半（bàn）閉環控製伺服係統（tǒng）。

３、ＣＫ－６１４０進給伺服驅動係統（tǒng）的改造設計

３．１數控車床進給驅動係統的現狀

３．２確定進給伺（sì）服係統的改造方案

３．２．１進給驅動裝置的（de）選擇

進給伺服驅動裝置的選擇與數控（kòng）裝置的選擇是密不可分的，所以選擇進給伺服驅動裝置必須參考已選擇的數控裝置。進給伺服驅動裝置的選擇需要考慮各動軸的進給速度、工件的加工精度（dù）、加工範圍、傳動方式等。目前大部分數控係統生（shēng）產廠家都提供與自家生產（chǎn）的數控係統相匹配（pèi）的進給伺服驅動係統，所以，數控係統選擇完畢後，進給驅動裝置也基（jī）本確定（dìng）了。

選擇進給驅動裝置除了考（kǎo）慮上麵因素外，還（hái）應考慮以下幾方麵：

（１）經濟性：所選的驅（qū）動裝置性（xìng）價比要高。

（２）穩定性：能保證無故障（zhàng）時間比（bǐ）較長。

（３）可靠性：選擇的進給驅動裝置安全性一定要有保障。

（４）可操作性：驅動裝置（zhì）易（yì）於（yú）操作，便於維護（hù）。由於原車床的Ｘ、Ｚ軸的電動機和（hé）Ｘ軸的驅動器都已經不能工作，Ｚ軸的驅動器運（yùn）行又不（bú）穩定，同時原車床係統是廣州數控係統（tǒng），考（kǎo）慮到性能的匹配，選（xuǎn）用了廣（guǎng）州數控設（shè）備有限公司的進給伺服電動機以及進給伺服（fú）驅動器。

３．２．２伺服電（diàn）動機的選擇計算

（２）伺服電機額定轉矩的選擇。改（gǎi）造（zào）之前，Ｘ軸（zhóu）電動（dòng）機的額定轉矩為５Ｎ·ｍ，Ｚ軸電（diàn）動機的額定轉矩（jǔ）為（wéi）７．７Ｎ·ｍ，本次改造，Ｘ軸和Ｚ軸的電動機額定轉矩（jǔ）不能（néng）小（xiǎo）於原電（diàn）動機的額定轉矩。所以，本次改造Ｘ軸選擇額定轉（zhuǎn）矩≥５Ｎ·ｍ的伺服電動機，Ｚ軸選擇額（é）定轉矩≥７．７Ｎ·ｍ的伺服電動機。

根據（jù）上麵對伺服電（diàn）機（jī）額定轉速（sù）、額定轉矩和伺服電動機轉動慣量的選擇，再根（gēn）據（jù）ＣＫ－６１４０數控（kòng）車床的技術參數，最終Ｘ軸和Ｚ軸分別選用廣州數（shù）控設備有限公司的１３０ＳＪＴ－Ｍ０６０Ｄ和（hé）１３０ＳＪＴ－Ｍ１００Ｄ型伺服電機。所選電機參數見表１。

表１電機參（cān）數表

３．２．３伺服驅動器的選擇

伺服驅動單元（yuán）是控（kòng）製伺（sì）服電機高精度定位係統的一種設（shè）備。當Ｘ軸和Ｚ軸（zhóu）的電動機選取好後（hòu），我們根據（jù）進給驅動器和電動機的相（xiàng）關要求來選擇伺服驅（qū）動器。伺服驅動器的選（xuǎn）擇必須要與（yǔ）伺服電動機相匹配，即以過載倍數作為參考值（zhí），電流匹配為原則。為了能使伺服放大器（qì）和所（suǒ）選伺服電動機完全匹配，必須（xū）要（yào）滿足下列幾點要求：

如果伺服進給係統要求轉動慣量和動態時間響（xiǎng）應都很高時，那麽過載倍數Ｋ也選擇一（yī）個較大值。一般盡可能（néng）選（xuǎn）擇過（guò）載（zǎi）倍數≥２，這樣伺服進給係統的性能比較好。根據上麵條件和（hé）《ＤＡ９８Ａ交流（liú）伺服驅動單元使（shǐ）用手冊》，Ｘ軸和（hé）Ｚ軸伺（sì）服驅動單元都可以選配（pèi）ＤＡ９８Ａ－３０＊驅動器。

３．２．４工作電源

為了降低電源、電磁場幹擾對伺服驅（qū）動器（qì）的影響（xiǎng），我們可以運（yùn）用隔離（lí）變壓器給伺服驅動器供電。而隔（gé）離變壓器的選擇，應根據（jù）驅動係統的額定容量、負荷率和占載率來決定：當伺服電動機額定功率≥１ｋＷ時，隻能（néng）選用三相隔離變壓（yā）器（qì）供電；當單（dān）個軸時，取隔離變壓器容（róng）量大於等於伺服（fú）電動機額定功率的８０％為宜，客戶可（kě）以在伺（sì）服電（diàn）動機額定功率（lǜ）的７０％～１００％之間（jiān）選取隔離變壓器容量；當兩個（gè）軸以上時，取隔離變壓器（qì）容量大於等於總伺服電動機額定功率（lǜ）的７０％為宜，客戶可以在總伺服電（diàn）動機額定功率的６０％～８０％之間選取隔離變壓器容量。

本文（wén）中，Ｘ軸（zhóu）的伺服電動機功率為１．５ｋＷ，Ｚ軸的（de）伺（sì）服電動機功率為２．５ｋＷ，取總伺服電動機功（gōng）率的（de）７０％為隔離變壓器容量，則（１．５＋２．５）×７０％＝２．８ｋＷ，因此選用容量為３．０ｋＷ的伺服隔離變壓器。隔離變壓器規（guī）格見表２。

根據以上要求，ＤＡ９８Ａ－３０＊驅動（dòng）單元的工作電源選擇型號（hào）為ＢＳ－３００的（de）隔離變壓器。

表２隔離（lí）變（biàn）壓器規格表

4、結束語（yǔ）

數控車床進給伺服驅動係統改造研究，就是（shì）利（lì）用進給驅動係統的（de）性能要求來合理選擇ＣＫ－６１４０數控車床的伺服控製係（xì）統、伺服（fú）電動機、驅動器以及工作電源。通過本次對車床進給伺服係統的改造，不僅讓閑置的機床運（yùn）轉起來（lái），而且大大提升了車（chē）床的進給速度、工件的加工精度和加工範圍。

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