一、引言
近年來，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。交流伺服系統(tǒng)的性能日漸提高，價(jià)格日趨合理。與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自帶編碼器，可以反饋位置信號(hào)，精度更高，不存在丟步的現(xiàn)象；伺服驅(qū)動(dòng)為恒轉(zhuǎn)矩控制，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)為恒功率控制，隨著轉(zhuǎn)速升高，步進(jìn)電機(jī)輸出的扭力迅速衰減，伺服驅(qū)動(dòng)不存在上述情況，在0到額的轉(zhuǎn)速之間，都可以輸出額定扭矩，因此伺服驅(qū)動(dòng)可以應(yīng)用于高速場(chǎng)合。
二、應(yīng)用環(huán)境
某工廠生產(chǎn)數(shù)字彈簧機(jī)設(shè)備，采用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，加工速度最大為150個(gè)工件/分鐘。為了提高加工速度，與深圳市研控自動(dòng)化科技有限公司合作，采用研控公司的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造現(xiàn)有設(shè)備。試驗(yàn)機(jī)型為兩軸電腦壓簧機(jī)，改造后參數(shù)如表1所示：
| 線徑 | Φ0.15~1.0mm |
| 外徑 | Φ20mm |
| 最大送線速度 | 150m/min |
| 最大送線長度 | 無限 |
| 加工速度 | 500工件/min |
| 送線指令 | ±0.1~±9999.99 |
| 凸輪指令 | ±0.1°~±359.9° |
改造前，加工速度只有150工件/分鐘，改造后的加工速度達(dá)到了500工件/分鐘，速度提高330%以上，而由改造帶來的總成本的增加不足1%，極大的提高了產(chǎn)品的性價(jià)比。
三、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型
原設(shè)備使用的是研控YKA2811MA細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和YK110HB115-06A步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)參數(shù)如表2所示：
| 型號(hào) |
步距角 ( °) |
電機(jī)長度 (mm) |
保持轉(zhuǎn)矩 (N.m) |
額定電流 (A) |
轉(zhuǎn)子慣量 (g.cm2) |
電機(jī)重量 (Kg) |
| YK110HB150-06A | 1.8 | 150 | 21 | 6 | 10900 | 6 |
要替代現(xiàn)有電機(jī)，首先替換后電機(jī)的轉(zhuǎn)矩要達(dá)到現(xiàn)有電機(jī)的水平。由上表中數(shù)據(jù)可知，步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩為21N.m，但是不必選擇額定轉(zhuǎn)矩為21N.m的交流伺服電機(jī)替代步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩是電機(jī)轉(zhuǎn)速為0時(shí)的轉(zhuǎn)矩，是步進(jìn)電機(jī)能夠達(dá)到的最大轉(zhuǎn)矩，隨著轉(zhuǎn)速的升高，步進(jìn)電機(jī)輸出的扭矩將衰減，步進(jìn)電機(jī)矩頻曲線如圖2所示。而交流伺服電機(jī)的特性是在0到額定轉(zhuǎn)速之間，電機(jī)的扭矩恒定不變。設(shè)備的實(shí)際負(fù)載小于6N.m。
其次，選型速度。設(shè)備由共有兩軸——切刀軸和送線軸。切刀軸通過凸輪帶動(dòng)切刀，每轉(zhuǎn)一周，加工一個(gè)工件，切刀軸轉(zhuǎn)速在500r/min左右；送線軸每轉(zhuǎn)送線長度為144mm，要達(dá)到150m/min的送線速度，要求送線軸電機(jī)轉(zhuǎn)速為1042r/min。
另外，慣量選型。負(fù)載慣量與電機(jī)慣量的比值稱為慣量比。慣量比的大小影響系統(tǒng)的起停性能。設(shè)備工作狀態(tài)為頻繁起停，每加工一個(gè)工件就有一個(gè)啟動(dòng)停止過程。當(dāng)加工速度達(dá)到最大值時(shí)，電機(jī)每分鐘起停500次。為了獲得良好的起停性能，慣量比應(yīng)選擇小一些，本次選擇在3：1左右。
根據(jù)以上規(guī)則，選擇驅(qū)動(dòng)器型號(hào)YKPSDD_10A5D，電機(jī)參數(shù)如表3所示。由于司伺服電機(jī)帶有光電編碼器，所以電機(jī)長度有所增加。編碼器精度為2500線，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部經(jīng)過4倍頻，使得伺服的脈沖當(dāng)量為0.036°，是步進(jìn)電機(jī)的50倍。
表3：
