一、引言
近年来,交流伺服驱动系统的应用越来越广泛。交流伺服系统的性能日渐提高,价格日趋合理。与步进驱动系统相比,伺服驱动系统自带编码器,可以反馈位置信号,精度更高,不存在丟步的现象;伺服驱动为恒转矩控制,步进驱动为恒功率控制,随着转速升高,步进电机输出的扭力迅速衰减,伺服驱动不存在上述情况,在0到额的转速之间,都可以输出额定扭矩,因此伺服驱动可以应用于高速场合。
二、应用环境
某工厂生产数字弹簧机设备,采用步进驱动系统,加工速度最大为150个工件/分钟。为了提高加工速度,与深圳市研控自动化科技有限公司合作,采用研控公司的交流伺服驱动系统改造现有设备。试验机型为两轴电脑压簧机,改造后参数如表1所示:
线径 | Φ0.15~1.0mm |
外径 | Φ20mm |
最大送线速度 | 150m/min |
最大送线长度 | 无限 |
加工速度 | 500工件/min |
送线指令 | ±0.1~±9999.99 |
凸轮指令 | ±0.1°~±359.9° |
改造前,加工速度只有150工件/分钟,改造后的加工速度达到了500工件/分钟,速度提高330%以上,而由改造带来的总成本的增加不足1%,极大的提高了产品的性价比。
三、伺服驱动系统选型
原设备使用的是研控YKA2811MA细分步进驱动器和YK110HB115-06A步进电机。步进电机参数如表2所示:
型号 |
步距角 ( °) |
电机长度 (mm) |
保持转矩 (N.m) |
额定电流 (A) |
转子惯量 (g.cm2) |
电机重量 (Kg) |
YK110HB150-06A | 1.8 | 150 | 21 | 6 | 10900 | 6 |
要替代现有电机,首先替换后电机的转矩要达到现有电机的水平。由上表中数据可知,步进电机的保持转矩为21N.m,但是不必选择额定转矩为21N.m的交流伺服电机替代步进电机。步进电机的保持转矩是电机转速为0时的转矩,是步进电机能够达到的最大转矩,随着转速的升高,步进电机输出的扭矩将衰减,步进电机矩频曲线如图2所示。而交流伺服电机的特性是在0到额定转速之间,电机的扭矩恒定不变。设备的实际负载小于6N.m。
其次,选型速度。设备由共有两轴——切刀轴和送线轴。切刀轴通过凸轮带动切刀,每转一周,加工一个工件,切刀轴转速在500r/min左右;送线轴每转送线长度为144mm,要达到150m/min的送线速度,要求送线轴电机转速为1042r/min。
另外,惯量选型。负载惯量与电机惯量的比值称为惯量比。惯量比的大小影响系统的起停性能。设备工作状态为频繁起停,每加工一个工件就有一个启动停止过程。当加工速度达到最大值时,电机每分钟起停500次。为了获得良好的起停性能,惯量比应选择小一些,本次选择在3:1左右。
根据以上规则,选择驱动器型号YKPSDD_10A5D,电机参数如表3所示。由于司伺服电机带有光电编码器,所以电机长度有所增加。编码器精度为2500线,驱动器内部经过4倍频,使得伺服的脉冲当量为0.036°,是步进电机的50倍。
表3:
型号 | 电机长度(mm) |
额定转速 (r/min) |
额定转矩 (N.m) |
额定电流 (A) |
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