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伺服系统是自动控制系统的一个分支,最早出现于20世纪初期,1934年第一次提出了伺服机构(servo mechanism)概念,到20世纪中期伺服系统的理论与实践趋于成熟,并得到广泛应用。随着微电子技术和计算机技术的飞速进步,伺服技术发展突飞猛进,到如今伺服系统的应用几乎遍及社会的各个领域,尤其在机械制造行业中,机床的运动部分的控制都采用过伺服系统控制。根据伺服系统构成的具体结构不同,伺服系统可以分为电气伺服控制系统、电液伺服控制系统和电器伺服控制系统。而电气伺服系统又分为直流伺服系统和交流伺服系统。
交流伺服技术始于上世纪70年代后期到80年代初期。随着科技、材料以及制造工艺的发展,机器性价比的提高,采用交流伺服电机和交流伺服控制系统逐渐成为主流。交流伺服驱动技术已成为工业领域实现自动化的基础技术之一。交流伺服电机是一种受输入信号控制并能快速做出响应的电机,其控制精度高,运转平稳,在其额定转速范围内都能输出额定转矩,过载能力强,可控性好、性能可靠,响应迅速。因此,交流伺服电机作为主要执行元件,广泛的应用于自动控制系统、自动监测系统和计算装置、增量运动控制系统以及家用电器中。
从目前国际市场的情况看,几乎所有的新产品都是AC伺服系统。在工业发达国家.AC伺服电机的市场占有率已经超过80%。在国内生产AC伺服电机的厂家也越来越多,正在逐步地超过生产DC伺服电机的厂家。可以预见,在不远的将来,除了在某些微型电机领域之外,AC伺服电机将完全取代DC伺服电机。
交流伺服电机控制冲床
由常规电机拖动的传统数控冲床通过选择适当的执行机构及构件的尺寸,得到满足冲压工艺要求的运动规律。常见的滑块驱动机构有曲柄式、肘杆式、螺旋式和连杆式等。虽然采用偏置曲柄滑块机构、多连杆机构、非圆齿轮机构等可以部分改变滑块运动规律,但一种结构方案无法满足多种工艺要求,当各杆件的尺寸参数确定后,滑块的运动特性也随之确定,因而不具有柔性,难以用于不同的冲压工艺。将交流伺服电机应用于机械冲床的研究始于上世纪90年代,美国俄亥俄州立大学工程研究中心,该中心提出了由交流伺服电机驱动滚珠丝杠或曲柄,通过多杆机构将电机的转动转化为滑块所需的直线运动,并制造了木头模型装置,之后,将交流伺服电机应用于机械冲床的研究迅速发展。日本、加拿大等国均进行了深入的研究.交流伺服冲床从其提出,仅仅经过了短短十几年的时间,已经取得了飞速的发展,这不仅源于相关技术的进步,同时也源于交流伺服冲床本身所具备的良好加工特性。
近十年来,交流伺服电机逐步用于数控转塔冲床中。它能方便地改变滑块的运动曲线,获得不同的工件变形速度,保证冲压件的质量。交流伺服电机驱动冲床是成形装备发展的新动向,设备柔性化发展的必然趋势。与常规的交流异步电机驱动的机械式冲床相比,交流伺服电机驱动的冲床具备以下优势:
1)高柔性。滑块运动曲线不再仅仅是余弦曲线,可根据不同生产工艺和模具要求(如冲裁、拉深、板料挤压等)进行优化设置,通过程序编制实现滑块“自由运动一,大大提高了冲床智能化程度和适用范围。
2)高生产率。滑块行程可根据生产工艺的需要调整。如对于薄板冲裁,曲柄无需完成360°旋转,而仅进行一定舟度的摆动来完成冲压工作。
3)高精度。由传感器组成的全闭环控制系统能实现高精度的位置控制。如偏心载荷引起的在下死点中心处的位置波动及滑块各点处的平行度波动可控制在士1Oum以内。
4)低噪音.无飞轮、离合器等零件,简化了机械传动,从而可大大降低噪音。
5)节能、易于维护。交流伺服电机转子采用永磁体,减少转子铜耗的同时也使冷却系统简单。交流伺服电机的恒矩频特性,能有效保证传动力矩,使机械传动机构简单,使系统易于维护。此外,电气制动储能装置也能耗大为减少。
6)体积、重量减少。由于交流伺服电机转子采用高磁通密度的永磁体,所以体积相对异步电机大大减小。
随着交流伺服技术的不断发展进步,将交流伺服技术引入到工业控制领域成为一种趋势。研究开发交流伺服数控冲床及其工艺管理及监控系统,将有助于提升整个伺服数控冲床的整体性能,具有很好的应用价值和市场前景。
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