摘要：介绍时光IMS系列交流异步伺服控制器在大型五轴联动落地铣镗床的应用，充分发挥了系统的低速大扭矩和速度控制平稳的特性，使得大重型设备零速平稳启动，超低速进给性能显著提高，使用效果良好。
关键词： 伺服系统 伺服驱动器 异步电机
引言
随着微处理技术、高性能半导体功率器件等产品制造工艺的发展及性价比的日益提高，交流伺服技术在机电设备产品中的应用越来越多，由于三相异步鼠笼式电动机结构坚固、制造容易、运行可靠、维修方便、价格低廉，具有良好的发展前景，是未来伺服技术的发展方向之一。
大、重型落地式数控铣镗床为机、电、液一体化技术密集型产品，其性能要求可实现多轴控制、五坐标联动;可加工带有复杂曲面的大型工件;属于机械加工行业里的高精度、高性能、高效率的关键重大装备，目前此种类型产品基本依赖从国外进口。如果在保证性能的前提下实现国产化，尤其是采用国产化的全数字伺服系统，可以达到大幅度节约成本，打破国外的技术垄断和制约，推动民族工业的发展的目的。
图1 采用时光科技交流伺服控制系统的某型号落地式数控铣镗床
技术要求
落地数控铣镗床作为重型精密加工设备，要求很高的调速性能，调速比要求大于1:3000，目前国内控制系统主要采用直流调速系统。主要技术要求如下:在带载调速过程中必须保证足够的转矩平稳输出，能够实现进给轴低速平稳运行和大扭矩输出。重载加工过程中在负载(转矩)大范围波动的情况下保证运行速度的平稳;采用时光科技交流伺服控制系统的某型号落地式数控铣镗床的外形图如图1所示。
时光科技交流伺服控制器具有以下特点:
1 全数字化
时光科技的交流伺服控制器是全数字化技术，其速度控制范围为0Hz～500Hz，控制精度标准为0.01～0.02Hz(特殊要求时可做到0.0025Hz)。该控制器可以满足数控铣镗床进行大范围的稳定、准确的高精度速度控制的需求。
2 高可靠的调速和过载性能
与变频器相比较，其速度曲线呈线性(速度曲线如图2)，使得加工过程时机床在频繁地起、停、正转、反转和制动控制的工况条件下连续正常地运行而速度不产生波动。而且，该系统具有优良的超载特性，在铭牌额定转速下可以做到300%的额定转矩输出，完全有别于一般变频器的工作曲线(见图3)，保证了重载加工过程中在负载大范围波动的情况下机床依然可以平稳运行。
3 转速和转矩的解耦独立控制
时光科技的交流伺服控制器可以实现三相异步电机任意转速与转速的“解耦控制”。从而保证了负载力矩变化时速度恒定。同样，时光伺服控制器可以保持在稳速运行情况下(低速0.3r/min下大扭矩输出、无波动爬行)实时地改变输出转矩以满足加工复杂曲面的大型工件的要求。
图3 一般通用“变频器”与“伺服控制器”的主要性能区别
4 三相交流异步电机的选型
目前国内三相交流异步电机生产技术十分成熟，可靠性高，容量可达数百kW以上;低速回转平稳、转矩大(无弱磁问题);时光科技的交流伺服控制技术的开发成功，极大地扩大了三相交流异步电机的应用领域。
用户可根据需要选用专门设计的伺服电机;也可以使用通用型三相异步电机，只需在电机后轴部加装编码器即可，而无需做其它的硬件改动。因此进行老机型改造和新机型设计都十分方便。
产品应用
以立式落地镗铣床为例，原机床采用直流调速系统，在保持原有机械结构的基础上，用三相异步伺服电机替代直流电机，改用时光科技的交流伺服控制系统替代原有直流调速系统。各进给轴现场图片如图4～图6所示。
图4 立柱水平进给
图5 主轴箱垂直进给
图6 镗轴(内)和滑枕(外)
系统达到的主要指标:
|
主要参数 |
镗轴 |
滑枕 |
立柱 |
主轴箱 |
|
行程(m) |
1.2 |
1.2 |
6 |
3 |
|
电机功率(kW) |
7.5 |
7.5 |
15 |
15 |
|
最低直线速度(mm) |
0.6 |
0.9 |
1.5 |
1.5 |
电机相关参数:
调速范围:0.01～250Hz (换档无级变速);额定转速:4级1500r/min
评价
时光科技的交流伺服控制器在大重型数控铣镗床控制系统中的应用，充分发挥了系统的低速大扭矩和速度控制平稳的特性，使得大重型设备零速平稳启动，超低速进给性能显著提高，应用前景十分广阔。