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加工中心伺服系统装置的选择
日期：2010年01月17 来源：沈阳第一机床厂 关键字：加工中心
1．伺服系统的特点
伺服驱动系统是CNC装置和机床的联系环节。主要由伺服电动机、驱动控制系统、位置检测与反馈装置等组成。伺服电动机是系统的执行元件，加工中心驱动控制系统则是伺服电动机的动力源。摇臂钻床CNC装置发出控制指令与位置反馈信号比较后作为移动指令，再经过驱动系统的功率放大后，驱动电动机运转，通过机械传动装置后拖动工作台运动，完成程序所规定的操作。 MAH0600卧式加工中心集中了传统的自动机床、精密机床和万能机床三者的优点，将高效率、高精度和高柔性集中于一体。而数控技术水平的提高首先依赖于进给和主轴驱动特性的改善以及功能的扩大。因此，加工中心对进给伺服系统的位置控制、速度控制、伺服电动机、机械传动等方面都有很高的要求。具体要求如下：
(1)可逆运行。可逆运行要求能灵活地正反向运行。在加工过程中，摇臂钻床机床工作台处于随机状态，根据加工轨迹的要求，随时都可以实现正向、反向运动，加工中心同时要求在方向变化时，不应有反向间隙和运动的损失。
(2)速度范围宽。为了适应不同的加工条件，例如加工零件的材料、尺寸、部位以及刀具的种类和冷却方式等不同，数控机床的进给速度需在很宽的范围内无级变化。这就要求伺服电动机有很宽的调速范围和优异的调速特性。
(3)具有足够的传动刚度和速度稳定性。要求伺服系统具有优良的静态与动态负载特性，即伺服系统在负载或切削条件发生变化时，应使进给速度保持恒定。刚性良好的系统，摇臂钻床负载力矩的变化对进给速度的影响很小。
(4)响应快并无超调。为了保证轮廓切削形状的精度和加工表面粗糙度，要求伺服系统除了有较高的定位精度外，还要有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。
(5)高精度。为了满足数控加工的精度要求，加工中心关键是要保证数控机床的定位精度和进给跟踪精度。这也是伺服系统静态特性与动态特性指标是否优良的具体表现。
(6)低速大转矩。数控机床的加工特点是在低速时进行重切削，因此，要求伺服系统在低速时进给驱动有大的转矩输出。
2．伺服驱动装置的确定
根据5．3．3小节数控系统的选型，将使用FANUC 0i--MB数控系统来改造原有的MAHOCNC432数控系统，并采用FANUC交流数字伺服单元和伺服电动机来替换原有的直流伺服单元和伺服电动机，采用FANUC交流数字主轴驱动模块和主轴电动机来替换原有的直流伺服单元和直流主轴电动机。
(1)轴伺服放大器模块选择。加工中心x、Y轴伺服电动机共用一个模块，摇臂钻床Z、B轴伺服电动机共用一个模块，主轴单独用一个驱动器。选择伺服放大器(200V输入系列)：X、Y双轴放大器模块为SVM2—80／100i；B、Z双轴放大器模块为SVM2—40／80i；主轴放大器模块(200V输入系列)为$PM一11i。
(2)电源模块的选择。按照FANUC公司提供的选型依据进行选择，电源模块额定输出容量≥∑主轴电动机连续工作的额定输出功率X0．6；[7．5X1．15+0．6 X(2X4．0+7．0+1．4)]kW：18。5kW。选电源模块为PSM一26i，其额定输出功率为26kW，峰值功率为66kW。根据以上特性及电动机的型号，选择采用FANUC交流数字伺服单元。
3．位置检测装置的选择
由于本机床丝杠的安装支承方式为一端固定一端自由，摇臂钻床加工中心丝杠没有预紧及冷却装置，如果采取半闭环的控制方式，丝杠刚度、温度的变化以及传动链的间隙对机床的精度会产生很大的影响。因此，要采用位置检测装置，使机床构成位置的闭环控制。精度的选择是根据机床的定位精度要求，采用海德汉封闭式光栅尺替代原有菲利普光栅尺；选择光栅的分辨率为lpm，长光栅的型号为LS476，圆光栅型号为ROD271。
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