CAK6150普通车床的数控化改造(伺服系统的改造)说明书

1、目录1引言22 数控车床与数控介质32.1 数控车床的组成32.2 数控技术的发展53 数控改造方法及设计63.1 数控机床在国的前景63.2 机床数控改造63.2.1 机床改造的意义63.2.2 数控车床的性能和精度的选择73.2.3 车床数控改造方案选择94 伺服系统94.1 伺服系统的组成94.2 伺服系统的结构及分类104.2.1 进给伺服系统的现状与展望114.2.2 步进伺服系统114.2.3 直流伺服系统124.2.4 交流伺服系统124.2.5 直线伺服系统134.3 主轴伺服系统的现状及展望134.3.1 交流异步伺服系统144.3.2 交流同步伺服系统144.3.3 电主轴

2、154.4 交流电机和直流电机直流伺服电机分为有刷和无刷电机。154.5 异步伺服驱动系统改造方案16结论22参考文献：23致谢241 引言作为机械制造业的重要基础装备,它的发展一直引起人们的关注,由于计算机技术的兴起,促使机床的控制信息出现了质的突破,导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用,为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展,数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用,同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目,并开创机械产品向机电一体化发展

3、的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品,它把刀具和工件之间的相对位置,机床电机的启动和停止,主轴变速,工件松开和夹紧,刀具的选择,冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上,然后将数字信息送入数控装置或计算机,经过译码,运算,发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件,加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比,其主要有以下的优点：1.适应性强,适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时,只需重新编制新工件的加工程序,就能实现新工件加工。2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度,改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于

4、生产管理的现代化。数控机床已成为我国市场需求的主流产品,需求量逐年激增。我国数控机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步,特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是,国产数控机床与先进国家的同类产品相比,还存在差距,还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国,有三百多万台普通机床。但机床的素质差,性能落后,单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右,差距太大,急待改造。旧机床的数控化改造,顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置,使其具有一定的自动化能力,以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用,数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国工厂的技

5、术改造中,机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限,国家大,机床需要量大,因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床,而我国的旧机床很多,用经济型数控系统改造普通机床,在投资少的情况下,使其既能满足加工的需要,又能提高机床的自动化程度,比较符合我国的国情。1984年,我国开始生产经济型数控系统,并用于改造旧机床。到目前为止,已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料,今后,机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说,本毕业设计实例具有典型性和实用性。2 数控车床与数控介质2.1 数控车床

6、的组成1、输入输出装置输入装置可将不同加工信息传递于计算机。在数控机床产生的初期,输入装置为穿孔纸带,现已趋于淘汰；目前,使用键盘、磁盘等,大大方便了信息输入工作。输出指输出部工作参数含机床正常、理想工作状态下的原始参数,故障诊断参数等,一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存,待工作一段时间后,再将输出与原始资料作比较、对照,可帮助判断机床工作是否维持正常。2、数控装置数控装置是数控机床的核心与主导,完成所有加工数据的处理、计算工作,最终实现数控机床各功能的指挥工作。它包含微计算机的电路，各种接口电路、CRT®示器等硬件及相应的软件。3、可编程控制器即PLC,它对主轴单元实现控

7、制，将程序中的转速指令进行处理而控制主轴转速；管理刀库,进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及刀具刃磨次数等管理；控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作；还对机床外部开关行程开关、压力开关、温控开关等进行控制；对输出信号刀库、机械手、回转工作台等进行控制。4、检测反馈装置由检测元件和相应的电路组成,主要是检测速度和位移,并将信息反馈于数控装置,实现闭环控制以保证数控机床加工精度。5、机床主机数控机床的主体,包括床身、主轴、进给传动机构等机械部件。2.2 数控技术的发展随着科学技术不断发展,数控机床的发展也越来越快,数控机床也正朝着高性能、

8、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。高性能：随着数控系统集成度的增强,数控机床也实现多台集中控制,甚至远距离遥控。高精度：数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高,而精度的保持性要好。高速度：数控机床各轴运行的速度将大大加快。高柔性：数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展,将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。模块化：数控机床要缩短周期和降低成本,就必然向模块化方向发展,这既有利于制造商又有利于客户。我国近几年数控机床虽然发展较快,但与国际先进水平还存在一定的差距,主要表现在：可靠性差,外观质量差,产品开发周期长,应变能力差。为了缩小与世界先进水平的差距,有关专家建议机床企业应

9、在以下6个方面着力研究：1加大力度实施质量工程,提高数控机床的无故障率。2跟踪国际水平,使数控机床向高效高精方面发展。3加大成套设计开发能力上求突破。4发挥服务优势,扩大市场占有率。5多品种制造,满足不同层次的用户。6模块化设计,缩短开发周期,快速响应市场。数控机床使用围越来越大,国国际市场容量也越来越大,但竞争也会加剧,我们只有紧跟先进技术进步的大方向,并不断创新,才能赶超世界先进水平。3 数控改造方法及设计3.1 数控机床在国的前景目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间,现在我国机床数控化率不到3。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长,从而在国

10、际、国市场上缺乏竞争力,直接影响一个企业的产品、市场、效益,影响企业的生存和发展,所以必须大力提高机床的数控化率。本文以车床的数控改造为例,介绍了机床数控改造的方法,包括其结构的改造设计,性能与精度的选择以及最后改造方案的确定。3.2 机床数控改造3.2.1 机床改造的意义1节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用,大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用,并可以利用现有地基。可靠。因原机床各基础件经过长期时效,几乎不会产生应力变形而影响精度。2性能稳定3提高生产效率。机床经

11、数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高3至5倍。对复杂零件而用而且可以缩短生产准备周期。言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装,不仅节约了费普通车床的数控化改造设计机床的数控改造,主要是对原有机床的结构进行创造性的设计,最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表,其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而,现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可,也不是在传统机床的基础上,仅对局部加以改进而成那些受资金等条件限制,而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论。传统机床存在着一些弱点,如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存

12、在间隙等,难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术,特别是加工中心,无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构,还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化,已经形成了数控机床的独特机械结构。因此,我们在对普通机床进行数控改造的过程中,应在考虑各种情况下,使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。3.2.2 数控车床的性能和精度的选择并不是所有的旧机床都可以进行数控改造,机床的改造主要应具备两个条件：第一,机床基础件必须有足够的刚性。第二,改造的费用要合适,经济性好。在改装车床前,要对机床的性能指标做出决定。改装后的车

13、床能加工工件的最大回转直径以及最大长度、主电动机功率等一般都不会改变。加工工件的平面度、直线度、圆柱度以及粗糙度等基本上仍决定于机床本身原有水平。主要有下述性能和精度的选择需要在改装前确定。1轴变速方法、级数、转速围、功率以及是否需要数控制动停车等。2进给运动：进给速度：Z向通常为8400mm/mid;X通常为2100mm/min。快速移动：Z向通常为1.24m/min；X向通常为1.23m/min脉冲当量：在0.0250.005mnte取，通常Z向为刖的2倍。加工螺距围：包括能加工螺距类型公制、英制、模数、径节和锥螺纹等,一般螺距在10mmZ都不难达到。3进给运动驱动方式一般都选用步进电机驱

14、动。4给运动传动是否需要改装成滚珠丝杠传动。5刀架是否需要配置自动转位刀架,若配置需要确定工位数。6其他性能指标选择：插补功能：车床加工需具备直线和圆弧插补功能。刀具补偿和间隙补偿：为了保证一定的加工精度,一般需考虑设置刀补和间隙补偿功能。显示：采用数码管还是液晶或者显示器显示,显示的位数多少等问题要根据车床加工功能实际需要确定,一般来说,显示越简单成本越低,也容易实现。诊断功能：为防止操作者输入的程序有错和随之出现的错误动作,可在数控改造系统设计时加入必要的器件和软件,使其能指示出机床出现故障或者功能失效的部分等,实现有限的诊断功能。以上是车床数控改造时需要考虑的一些通用性能指标,有的车床改

15、造根据需要还会有些专门的要求,如车削大螺距螺纹、在恶劣的环境下工作的防尘干扰、车刀高精度对刀等,这个时候应有针对性的专门设计。3.2.3 车床数控改造方案选择当数控车床的性能和精度等容基本选定后,可根据此来确定改造方案。目前机床数控改造技术已经日趋成熟,专用化的机床数控改造系统所具备的性能和功能一般均能满足车床的常规加工要求。因此,较典型的车床数控改造方案可选择为：配置专用车床数控改造系统,更换进给运动的滑动丝杠传动为滚珠丝杠传动、采用步进电机驱动进给运动、配置脉冲发生器实现螺纹加工功能、配置自动转位刀架实现自动换刀功能。目前较典型的经济型专用车床数控改造系统具有下列基本配置和功能：1采用单片

16、微机为主控CPU具有直线和圆弧插补、代码编程、刀具补偿和间隙补偿功能、数码管二坐标同时显示、自动转位刀架控制、螺纹加工等控制功能。2配有步进电机驱动系统，脉冲当量或控制精度一般为：Z为0.01mm,X为0.005m要与相应导程的丝杠相配套。3加工程序大多靠面板按键输入,代码编制,掉电自动保护存储器存储；可以对程序进行现场编辑修改和试运行操作。4具有单步或连续执行程序、循环执行程序、机械极限位置自动限位、超程报警以及进给速度程序自动终止等各类数控基本功能。4 伺服系统4.1 伺服系统的组成伺服驱动系统ServoSystem简称伺服系统,是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统,例如数控机

17、床等。使用在伺服系统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量.使用在机电系统中的伺服电机的转动惯量较大,为了能够和丝杠等机械部件直接相连。伺服电机有一种专门的小惯量电机,为了得到极高的响应速度。但这类电机的过载能力低,当使用在进给伺服系统中时,必须加减速装置。转动惯量反映了系统的加速度特性,在选择伺服电机时,系统的转动惯量不能大于电机转动惯量的3倍。较大等特点,这类专用的电机称为伺服电机。当然,其基本工作原理和普通的交直流电机没有什么不同。该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元,有时简称为伺服,一般其部包括电流、速度和/或位置闭环。伺服系统是以机械运动的驱动设备,电动机为控制对象,以

18、控制器为核心,以电力电子功率变换装置为执行机构,在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角,将电能转换为机械能,实现运动机械的运动要求。具体在数控机床中,伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令,经变换、放调与整大后,由电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等,带动工作台及刀架,通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动,从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。作为数控机床的执行机构,伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体,并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步,经历了从步进到直流,进而到交流的发展

19、历程。数控机床中的伺服系统种类繁多,本文通过分析其结构及简单归分,对其技术现状及发展趋势作简要探讨4.2 伺服系统的结构及分类从基本结构来看,伺服系统主要由三部分组成：控制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机附图。控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差,调节控制量；功率驱动装置作为系统的主回路,一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机之上,调节电动机转矩的大小,另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电；电动机则按供电大小拖动机械运转。4.2.1 进给伺服系统的现状与展望进给伺服以数控机床的各坐标为控制对象,产生机床的切削进给运动。为此

20、,要求进给伺服能快速调节坐标轴的运动速度,并能精确地进行位置控制。具体要求其调速围宽、位移精度高、稳定性好、动态响应快。根据系统使用的电动机,进给伺服可细分为步进伺服、直流伺服、交流伺服和直线伺服。4.2.2 步进伺服系统步进伺服是一种用脉冲信号进行控制,并将脉冲信号转换成相应的角位移的控制系统。其角位移与脉冲数成正比,转速与脉冲频率成正比,通过改变脉冲频率可调节电动机的转速。如果停机后某些绕组仍保持通电状态,则系统还具有自锁能力。步进电动机每转一周都有固定的步数,如500步、1000步、50000步等等,从理论上讲其步距误差不会累计。步进伺服结构简单,符合系统数字化发展需要,但精度差、能耗高

21、、速度低,且其功率越大移动速度越低。特别是步进伺服易于失步,使其主要用于速度与精度要求不高的经济型数控机床及旧设备改造。但近年发展起来的恒斩波驱动、PWS1动、微步驱动、超微步驱动和混合伺服技术,使得步进电动机的高、低频特性得到了很大的提高,特别是随着智能超微步驱动技术的发展,将把步进伺服的性能提高到一个新的水平。4.2.3 直流伺服系统直流伺服的工作原理是建立在电磁力定律基础上。与电磁转矩相关的是互相独立的两个变量主磁通与电枢电流,它们分别控制励磁电流与电枢电流,可方便地进行转矩与转速控制。另一方面从控制角度看,直流伺服的控制是一个单输入单输出的单变量控制系统,经典控制理论完全适用于这种系统

22、,因此,直流伺服系统控制简单,调速性能优异,在数控机床的进给驱动中曾占据着主导地位。然而,从实际运行考虑,直流伺服电动机引入了机械换向装置。其成本高,故障多,维护困难,经常因碳刷产生的火花而影响生产,并对其他设备产生电磁干扰。同时机械换向器的换向能力,限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上,使得电动机效率低,散热差。为了改善换向能力,减小电枢的漏感,转子变得短粗,影响了系统的动态性能。4.2.4 交流伺服系统针对直流电动机的缺陷,如果将其做"里翻外"的处理,即把电驱绕组装在定子、转子为永磁部分,由转子轴上的编码器测出磁极位置,就构成了永磁无刷电动机,同时随着矢量控制

23、方法的实用化,使交流伺服系统具有良好的伺服特性。其宽调速围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能,使其动、静态特性已完全可与直流伺服系统相媲美。同时可实现弱磁高速控制,拓宽了系统的调速围,适应了高性能伺服驱动的要求。目前,在机床进给伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系统,有三种类型：模拟形式、数字形式和软件形式。模拟伺服用途单一,只接收模拟信号,位置控制通常由上位机实现。数字伺服可实现一机多用,如做速度、力矩、位置控制。可接收模拟指令和脉冲指令,各种参数均以数字方式设定,稳定性好。具有较丰富的自诊断、报警功能。软件伺服是基于微处理器的全数字伺服系统。其将各种控制方式和不同规格、

24、功率的伺服电机的监控程序以软件实现。使用时可由用户设定代码与相关的数据即自动进入工作状态。配有数字接口,改变工作方式、更换电动机规格时,只需重设代码即可,故也称万能伺服。交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位,并随着新技术的发展而不断完善,具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展,智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟,将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟,将使基于网络的伺服控制成为可能。4.2.5 直线伺服系统直线伺服系统采用的是一种直接驱动方式DirectDrive,与传统的旋转传动方式相比,

25、最大特点是取消了电动机到工作台间的一切机械中间传动环节,即把机床进给传动链的长度缩短为零。这种"零传动"方式,带来了旋转驱动方式无法达到的性能指标,如加速度可达3g以上，为传统驱动装置的1020倍,进给速度是传统的45倍。从电动机的工作原理来讲,直线电动机有直流、交流、步进、永磁、电磁、同步和异步等多种方式；而从结构来讲,又有动圈式、动铁式、平板型和圆筒型等形式。目前应用到数控机床上的主要有高精度高频响小行程直线电动机与大推力长行程高精度直线电动机两类。4.3 主轴伺服系统的现状及展望主轴伺服提供加工各类工件所需的切削功率,因此,只需完成主轴调速及正反转功能。但当要求机床有

26、螺纹加工、准停和恒线速加工等功能时,对主轴也提出了相应的位置控制要求,因此,要求其输出功率大,具有恒转矩段及恒功率段,有准停控制,主轴与进给联动。与进给伺服一样,主轴伺服经历了从普通三相异步电动机传动到直流主轴传动。随着微处理器技术和大功率晶体管技术的进展,现在又进入了交流主轴伺服系统的时代。4.3.1 交流异步伺服系统交流异步伺服通过在三相异步电动机的定子绕组中产生幅值、频率可变的正弦电流该正弦电流产生的旋转磁场与电动机转子所产生的感应电流相互作用,产生电磁转矩,从而实现电动机的旋转。其中,正弦电流的幅值可分解为给定或可调的励磁电流与等效转子力矩电流的矢量和；正弦电流的频率可分解为转子转速与

27、转差之和,以实现矢量化控制。4.3.2 交流同步伺服系统近年来,随着高能低价永磁体的开发和性能的不断提高,使得采用永磁同步调速电动机的交流同步伺服系统的性能日益突出,为解决交流异步伺服存在的问题带来了希望。与采用矢量控制的异步伺服相比,永磁同步电动机转子温度低,轴向连接位置精度高要求的冷却条件不高,对机床环境的温度影响小,容易达到极小的低限速度。即使在低限速度下,也可作恒转矩运行,特别适合强力切削加工。同时其转矩密度高,转动惯量小,动态响应特性好,特别适合高生产率运行。较容易达到很高的调速比,允许同一机床主轴具有多种加工能力,既可以加工像铝一样的低硬度材料,也可以加工很硬很脆的合金,为机床进行

28、最优切削创造了条件。4.3.3 电主轴电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物,它将主轴电动机的定子、转子直接装入主轴组件的部,电动机的转子即为主轴的旋转部分,由于取消了齿轮变速箱的传动与电动机的连接,实现了主轴系统的一体化、"零传动"。因此,其具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等优点,并可改善机床的动平衡,避免振动和噪声,在超高速切削机床上得到了广泛的应用。从理论上讲,电主轴为一台高速电动机,其既可使用异步交流感应电动机,也可使用永磁同步电动机。电主轴的驱动一般使用矢量控制的变频技术,通常置一脉冲编码器,来实现厢位控制及与进给的准确配合。由于电主轴的工作转速极高,对其散

29、热、动平衡、润滑等提出了特殊的要求。在应用中必须妥善解决,才能确保电主轴高速运转和精密加工。4.4 交流电机和直流电机直流伺服电机分为有刷和无刷电机。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速围宽,控制容易,需要维护,但维护方便换碳刷,产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异

30、步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。无刷电机结构解析结构上,无刷电机和有刷电机有相似之处,也有转子和定子,只不过和有刷电机的结构相反；有刷电机的转是线圈绕组,和动力输出轴相连,定子是永磁磁钢；无刷电机的转子是永磁磁钢,连同外壳一起和输出轴相连,定子是绕组线圈,去掉了有刷电机用来交替变换电磁场的换向电刷,故称之为无刷电机Brushlessmotor。无刷电机简明运行原理简单而言,依靠改变输入到无刷电机定子线圈上的电流波交变频率和波形,在绕组线圈周围形成一个绕电机几何轴心全转的磁场

31、,这个磁场驱动转子上的永磁磁钢转动,电机就转起来了,电机的性能和磁钢数量、磁钢磁通强度、电机输入电压大小等因素有关,更与无刷电机的控制性能有很大关系,因为输入的是直流电,电流需要电子调速器将其变成3相交流电,还需要从遥控器接收机那里接收控制信号,控制电机的转速,以满足模型使用需要。总的来说,无刷电机的结构是比较简单的,真正决定其使用性能的还是无刷电子调速器,好的电子调速器需要有单片机控制程序设计、电路设计、复杂加工工艺等过程的总体控制,所以价格要比无刷电机高出很多。4.5 异步伺服驱动系统改造方案异步机就是电机的转子转动的速度与定子所产生的旋转磁场的旋转速度不一致,有一个差值不同步。我们叫转差

32、。这个转差与定子所产生的旋转磁场的转速的比率叫转差率。同步机与异步机的区别在于：从供电方面说,异步机只是在定子侧加上电压也有转子上加电压的,而同步机要在定子和转子上都加上电压。也就是说异步机是单边励磁,同步机是双边励磁。从转速方面说,异步机的转速只与负荷大小有关当然有一定的围,而同步机的转速只与电网的频率有关。从结构上说,同步电机与异步机转子的构造也不一样。异步机的转子是有夕钢片和铝条或夕钢片和线圈组成,而同步机一般由数块磁钢和线圈组成也有隐极式的不太一样。当然还有许多差别,如工艺要求、设计问题等等.。异步机相对结构简单,制造方便,价格便宜,维护量少,调速围较小,必需从电网吸取滞后的励磁电流,

33、功率因数低。广泛应用于各种场合。但大多数用于电动机,作用于发电机的很少。20世纪80年代以来,随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展,永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展,各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向,使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后,世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较,主要优点有：无电刷和换向器,因此工作可靠,对维护和保养要求低。定子绕组散热比较

34、方便。惯量小,易于提高系统的快速性。适应于高速大力矩工作状态。同功率下有较小的体积和重量。自从德国MANNESMANNexroth公司的In分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MACc磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期,各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足,尚不能完全满足运动控制的要求,近年来随着微处理器、新型数字信号处理器DSP的应用,出现了数字控制系统,控制部分可完全由软件进行,称为永磁交流伺服系统。到目前为止,高性能的电伺服系

35、统大多采用永磁同步型交流伺服电动机,控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器，其中D系列适用于数控机床最高转速为1000r/min,力矩为0.252.8N.m，R系列适用于机器人最高转速为3000r/min,力矩为0.0160.16N.m。之后又推出MF、S、H、C、G六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系歹J和繇列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80G154CP0口门阵歹芯片控制，力矩波动由24%降低至IJ7%,并提高了可靠性。这样，只用了

36、几年时间形成了八个系列功率围为0.056kW较完整的体系，满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。以生产机床数控装置而著名的日本法奴克Fanuc公司，在20世纪80年代中期也推出了S系歹J13个规格和L系歹J5个规格的永磁交流伺服电动机。L系列，有较小的转动惯量和机械时间常数,适用于要求特别快速响应的位置伺服系统。日本其他厂商，例如：三菱电动机HC-KFSHC-MFSHC-SFSHC-RFS口HC-UF系列、东芝精机SMK列、大隈铁工所BLK列、三洋电气BLS列、立石电机S系列等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列。彳

37、惠国力士乐公司Rexroth的Indramat分部的MA僚列交流伺服电动机共有7个机座号92个规格。德国西门子Siemens公司的IFT5系列三相永磁交流伺服电动机分为标准型和短型两大类,共8个机座号98种规格。据称该系列交流伺服电动机与相同输出力矩的直流伺服电动机IHU系列相比，重量只有后者的1/2，配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61g列，最多的可供6个轴的电动机控制。德国宝石BOSCH公司生产铁氧体永磁的SD（歹1J17个规格和稀土永磁的S而列8个规格交流伺服电动机和ServodynSM系列的驱动控制器。美国著名的伺服装置生产公司Gettys曾一度作为Gould电子公司一个分部Motio

38、nControlDivision，生产M60原列的交流伺服电动机和A600系列的伺服驱动器。后合并到AEG恢复了Gettys名称，推出A70除数字化的交流伺服系统。美国A-BALLEN-BRADLE修司驱动分部生产1326型铁氧体永磁交流伺服电动机和1391型交流PWM服控制器。电动机包括3个机座号共30个规格。I.D.IndustrialDrives是美国著名的科尔摩根Kollmorgen的工业驱动分部,曾生产BR-210、BR-310、BR-510三个系列共41个规格的无刷伺服电动机和BDS裂伺服驱动器。自1989年起推出了全新系列设计的掺鹅盗祗Goldline永磁交流伺服电动机，包括B小

39、惯量、M中惯量和EB防爆型三大类，有10、20、40、60、80五种机座号，每大类有42个规格，全部采用钻铁硼永磁材料，力矩围为0.84111.2N.m,功率围为0.5415.7kW。配套的驱动器有BDS4模拟型、BDS5数字型、含位置控制和SmartDrive数字型三个系列，最续电流55A。Goldline系列代表了当代永磁交流伺服技术最新水平。爱尔兰的Inland原为Kollmorgen在国外的一个分部，现合并到AEG以生产直流伺服电动机、直流力矩电动机和伺服放大器而闻名。生产BHT11002200、3300三种机座号共17种规格的SmC永磁交流伺服电动机和八种控制器。法国Alsthom集

40、团在巴黎的工厂生产LCI（列长型和GC（列短型交流伺服电动机共14个规格，并生产AXODYN列驱动器。原苏联为数控机床和机器人伺服控制开发了两个系列的交流伺服电动机。其中ABy系列采用铁氧体永磁，有两个机座号，每个机座号有3种铁心长度，各有两种绕组数据，共12个规格，连续力矩围为735N.m=2nBy系列采用稀土永磁，6个机座号17个规格，力矩围为0.1170N.m,配套的是3nB型控制器。近年日本松下公司推出的全数字型MINA系列交流彳服系统，其中永磁交流伺服电动机有MSMA列小惯量型，功率从0.035kW共18种规格；中惯量型有MDMAMGMAMFMA三个系列，功率从0.754.5kW,共

41、23种规格,MHM列列大惯量电动机的功率围从0.55kW,有7种规格。韩国三星公司近年开发的全数字永磁交流伺服电动机及驱动系统，其中FAGAS流伺服电动机系歹U有CSMCSMGCSMZCSMDCSMFCSMSCSMHCSMNCSMX种型号,功率从15M5kW现在常采用樗B时滞隆Powerrate这一综合指标作为伺服电动机的品质因数，衡量对比各种交直流伺服电动机和步进电动机的动态响应性能。功率变化率表示电动机连续额定力矩和转子转动惯量之比。按功率变化率进行计算分析可知,永磁交流伺服电动机技术指标以美国I.D的Goldline系列为最佳，彳惠国SiemensflIFT5系列次之。交流异步伺服通常有

42、模拟式、数字式两种方式。与模拟式相比,数字式伺服加速特性近似直线,时间短,且可提高主轴定位控制时系统的刚性和精度,操作方便,是机床主轴驱动采用的主要形式。然而交流异步伺服存在两个主要问题：一是转子发热,效率较低,转矩密度较小,体积较大；二是功率因数较低,因此,要获得较宽的恒功率调速围,要求较大的逆变器容量。ADSD-AS列是安迪公司自主研发、生产的交流异步伺服控制器。具有集成度高、体积小、可靠性高等一系列优点,可以方便的实现高精度铣削、车削、磨削等加工,比传统的变频器更胜一筹。产品特点：采用32位DS时核心的才5制单元，结合FPG密片的先进技术，实现高速高性能的控制。根据负载整定PID高中低速和加减速参数，系统根据负载变化，自动调整增益。功能齐全,支持位置控制模式,速度控制模式,转矩控制模式。支持混合控制模式,可以随意动态切换。操作灵活，可以按用户工艺要求，实现软PL皿能。可在线存储三套用户根据工艺要求编制的程序。多种频率设定方式,模拟端子可以接受±10M±2.65V、±20m用围信号。转速追踪启动与断电再恢复运