伺服案例册.docx
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伺服案例册
伺服控制器在高速电主轴的应用
电主轴配套伺服控制器，可以方便的实现主轴的高速化，发挥出电主轴系统动态精度和静态精度高、稳定性高的特点。
可在转速范围内实现无级变速，以适应各种工况和负载变化的要求。
利用伺服控制器易于开发的特性，可以通过内部编程实现零速锁定、准停、分度等功能，适应车削中心，加工中心及其它数控机床的需要。
■基本技术指标
·控制器等级：
0.75KW—75KW（1.5—3倍额定转矩输出）
·调速范围：
0r/min—15000r/min（四级电机）
0r/min—30000r/min（二级电机）;额定转速以下为恒转距主轴,额定转速以下为恒定功率主轴（如下图）；
·准停和分精度：
正负一个编码器反馈脉冲
·配套编码器：
1024线分离式磁编码器（控制器内部四分频）
·准停功能：
主轴运转在任何转速下快速停止到换刀位置，实现快速自动换刀功能
·分度功能：
实现任意角度的定位，方便应用于棒料的多面体自动编程加工
■评价
电主轴配我公司的伺服控制器,可以提高生产效率和加工质量,促进相关行业的发展具有重大意义.
伺服控制器在龙门铣床中的应用
双PG伺服控制器自身内部集成PLC功能，具有12入/8出可编程数字量I/O口；2入/2出可编程模拟量口；有外部PG输入接口，完全可以自成系统工作。
因此在低端机床上，可以不用上位CNC或PLC，直接利用伺服控制器控制各单轴的动作即可。
伺服特性
·内部PLC功能，控制器可自成系统工作
·速度控制精度±0.02%，调速范围达0.01Hz—250Hz
·位置控制精度±1P
·过载能力强，最大转矩可达电机额定转矩的三倍。
低速大转矩输出、零速力矩保持
·可编程I/O接点丰富
·可通过操作面板监控电机运行的各种状态
■控制机构设计
机床X、Y、Z轴分别由三台双PG伺服控制器控制，由各自的电位器控制发出模拟电压控制各轴的进给速度。
机床的手动脉冲发生器，通过轴选信号分别接到三台伺服控制器外部PG输入口，控制各轴的快速进给和定位。
■手脉接线表
端字标号
信号名称
功能说明
8
5V
PG5V电源正极
7
0V
PG5V电源负极
1
2A+
A相脉冲输入（+）
2
2A-
A相脉冲输入（-）
3
2B+
B相脉冲输入（+）
4
2B-
B相脉冲输入（-）
■端子台JAD\JDA连接图
■程序设计
时光伺服控制器专用的QMCL语言,可以通过编程实现对电机的各种复杂的控制,在这个项目里,通过编程实现了所有的功能要求,并具有完备的保护功能.
控制器在数控专用钻、铣床的应用
■概述
此项目是为满足造纸用筛生产厂家的需求，设计开发的。
造纸用筛需要在不锈钢板上密集钻孔或铣槽。
槽宽最小为0.18毫米，最大可达25毫米以上，孔、槽的形状有通孔、异性、阶梯、锥型等，孔、槽的排布有菱形、扇型、条形等。
孔、槽的间距为几至几十毫米，一张钢板上最多可打几万个孔。
此前，上述复杂的定位和加工完全手动完成。
应用可我公司的伺服控的数控多头钻头专用铣床不仅可以满足客户特殊的快速定位、加工要求，提高产品的质量；而且采用伺服控制器系统可以加快各个轴的响应速度，实现单头以及多头同步加工，从而大大提高了生产效率。
■项目简介
此项目可以满足造纸用筛生产厂家的需求，应用了IMS系列伺服的数控多头钻专用铣床不仅可以满足客户特殊的快速定位、加工要求，提高产品的质量；而且采用伺服控制系统可以加快各个轴的响应速度，实现单头以及多头同步加工，从而大大提高生产效率。
■系统接线图
■加工产品
■评价
·提高了加工精度及响应速度，IMS伺服系统对电机的控制精度可以达到0.036度；响应上位机可以接收1M单脉冲列的输入；
·为解决上位机没有硬极限功能的问题，使用IMS控制器，通过对I/O的编程为数控系统增加了硬限位功能；
·通过编程，利用控制器自身找原点的功能实现了在使用多头工作时，几个工作头的自动对齐，从而为多头同步工作提供条件。
多头的同步工作大大提高了工作效率。
伺服控制器在落地镗床的应用
■ 项目介绍
落地镗铣床J6916F是在原简易数控落地镗铣床J6916机械结构的基础上设计完成的。
进给轴要求通过模拟量调速完成三相异步电机宽范围调速0.3～1800rpm以满足高速进给、低速切削和低速点动对刀等加工要求。
因此，在宽范围调速的前提下具有低速稳定性和低速大转距输出能力的电气产品，才能满足此镗铣床的应用要求。
■IMS系列伺服控制器的特性
●速度控制精度±0.04%，调速范围达1：
25000（0.01HZ—250HZ）。
●在电机额定转速以下恒转距输出（转距控制范围0—300%电机额定转距，精度±5%），额定转速以下恒功率输出。
具有低速大转距输出、零转速转距保持功能。
●具有良好的加、减速度控制功能，速度响应快。
■机械设计
我公司的伺服控制器低速大转距的特性，可以满足此类机床低速加工的要求，能够达到同功率等级的中挡进口伺服的性能，不必采用简易数控型镗铣床复杂的减速结构，依据进口数控型镗铣床的机械结构和IMS系列伺服控制器调速范围，电机通过一级减速直接驱动丝杠，带动轴移动。
从而最大限度的简化了机床结构，消除了传动误差。
■系统连接
根据机床对驱动系统的要求，四进给轴共用同一个电位计，通过继电器进行切换。
设计有高位（+10V）和低位（约20mV）调节电路，另有零位（0V）调节电路。
进给轴快进速速对应电位计高位电压，慢进速度对应电位计低位电压。
■程序设计
通过编写我公司伺服控制器专用的电机控制语言QMCL，实现进给电机主要功能；接受使用信号后电机上电，在有方向信号时根据输入模拟量（0～10VDC）的大小输出相应频率控制电工和对刀等要求；通过两路，模拟量输出（0～5VDC）外接电流表和转速表，以显示当前电机转速和电流。
硬件配置
四个进给轴共使用四套控制器和电机，具体硬件配置如下：
名称
型号\规格
数量
备注
伺服控制器
IMS-DCT47P5S
2
伺服控制器
IMS-DCT4015S
2
电机
15KW
2
4P\1500rpm
电机
7.5KW
4P\1500rpm
编码器
25000线
4
制动电阻
40欧\2500W
4
两个并联一组
制动电阻
50欧\1100W
2
■评价
落地镗铣床J6916F装完毕,经过调试后正常运转,并由用户进行检测,在调速范围、速度精度、速度响应、快速进给和低速进给各方面，满足同类别机床性能要求，部分测试数据如下：
主要指标
镗轴
滑枕
立拄
立轴箱
行程（m）
1.2
1.6
6
3
电机功率（KW）
7.5
7.5
15
15
最低进给速（rpm）
0.5
0.9
1.2
1.5
注；电机四极，调速范围：
0.01～60HZ，额定转速：
1500rpm。
伺服控制器在数控车床的应用
■概述
广东某厂是一家专业数控机床生产厂家，该厂的卧式机床设备属于两坐标连续控制卧式数控车床，对各种盘类、轴类零件进行内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹面等工序的切割加工，并能进行切槽、钻扩、较孔等工作。
给设备以前采用变频变速主轴控制系统，客户对主轴控制系统的速度精度、定位精度、变速范围的都不满意。
因此，对该厂机械进行改造。
■项目介绍
卧式数控机床的主轴驱动系统安装我公司11LW伺服控制器，配套11KW电机，取消原设备的变速箱，保留一级皮带传动。
原设计是机械变速3档6级\变频调速3档无级,设备改进后使用伺服主轴,实现无级变速、恒线速切削，可长时间、低速运行、主轴具有定位功能。
新系统改造后明显提高了机场的加工精度和生产效率。
■所选配置
型号
SF11KW
功率
11KW
基频
50\60HZ
电压
380V
电流
22.6A
转速
1460RPM
伺服控制器
型号
IMS-GCT4011S
额定输出容量
19KVA
额定输出电流
24A
电源
三相380V、50HZ\60HZ
码盘：
2500线或1024线增量式旋转编码器
皮带轮：
110mm\245mm减速比：
2.2273
皮带：
1600×4×2
制动电阻：
RXHG—1100W50欧
■电气原理设计
●电气原理设计：
机床PLC驱动主轴为连续直流电压（0～10V和-10V—+10V可变），精度相当于12位D/A输出。
伺服控制按模拟量输入方式实施。
●编写控制程序
A、原理：
利用PLC侧提供的±10V的模拟量输出信号，直接作为伺服控制器输入信号，无中间环节。
B、接线方式：
只需引入模拟量信号和相应I/O信号即可。
■经现场调试，对机床参数的调整，确保了机床动作准确，精度符合要求。
●NC控制的，模拟量主轴的控制信号：
1、使能信号：
低电平有效
2、模拟量信号：
-10.5V—+10.5V
3、制动信号：
低电平有效
4、正转反转信号
●精度调整
1、NC实际输出的定位精度：
0.1度
2、伺服控制器的响应精度:
11位
3、编码器线数:
1024（精度提高需选用2500线）
■伺服主轴与机械变速主轴、变频变速主轴的比较
机械变速主轴
变频变速主轴
伺服主轴
变速范围
三档六速：
50、100
200、400
800、1600
三档：
35～160
140～620
580～2500
无级：
5～2500
变比：
2.2273
电机转速
730r.p.m1450r.p.m
507～2320r.p.m
22～5568r.p.m
主轴转速对应转距
1档：
50：
934100：
696
2档：
200：
234400：
174
3档：
800：
581600：
44
1档：
max100：
1015160：
657
2档：
max400：
254620：
169
3档：
max1600：
632500：
42
5～673：
156
800：
131
1600：
66
速度精度
低
1%
0.08%
主轴定位
无
无
有
定位精度
无
无
0.352度/脉冲
变速箱
有
有
无
电机功率
5/7.5KW
11KW
11KW
电机转距
64/48N.m
70N.m
70N.m
电机编码器
无
无
有
伺服控制器在数控枪钻中的应用
■项目介绍
数控枪钻采用IMS伺服控制器作为进给伺服系统，利用控制器内部的PLC功能和通讯功能，可实现对整个机床电气的控制。
内部集成的嵌入可编程控制器，为伺服系统提供了精简的整体解决方案，具有结构简单、功能强大、性能优异的特点。
数控枪钻的核心控制由IMS控制器、触摸屏、电机构成。
控制器通过电机编码器反馈信号，实现对电机位置、速度、加速度、转矩进行高速控制。
控制器与电机形成电流、速度、位置三闭环控制系统。
控制器通过422通讯端口与触摸屏连接，触摸屏作为控制系统的输入输出界面，可直观显示电机的转速、进给位置、工作状态等参数。
另外，此系统采用自动和手动两种方式对电机进行操作，监控机床的运行状态，确保系统正常运行。
■电气连接示意图
性能指标
额定频率
50HZ
额定转速
1437r/min
调速范围
1.5mm/min-7500mm/min
定位精度
0.002mm
螺距
5mm
速度控制精度
±0.02%
电机输出方式
恒转距
■控制器输入/输出端口设置
输入端口
端子名称
定义
说明
C4D0
主轴检测
检测主轴是否启动
C4D2
冷却电机检测
检测冷却电机是否启动
C4D2
导套到位检测
检测导套是否到位，防止冷却液飞溅
C4D3
导套原位检测
检测导套是否返回原位
C4D4
浮漂检测
检测冷却液液位，决定是否滤纸走纸
C4D5
压力检测
检测油路压力是否达到
C5D0
启动按钮
自动加工状态时按下可完成一个加工循环
C5D1
前限位开关
前行程限位
C5D2
后限位开关
后行程限位
C5D3
原位开关
自动加工原位
C5D7
暂停按钮
自动加工时可随时暂停观察
输出端口
端子名称
定义
说明
C0D7
磁分离器启动
通过接触器控制
C1D0
主轴启动
通过接触器控制
C1D1
冷却泵启动
通过接触器控制
C1D2
导套进
通过双向电磁阀控制
C1D3
导套进
通过双向电磁阀控制
C1D4
滤纸走纸
通过接触器控制
ALM
报警口
控制器报警
伺服控制器在数控滑台的应用
概述
广东省某机床公司的两轴通孔加工钻床设备已经落后，要求在原有社诶的基础上进行升级改造。
为此，我公司提供了针对该项目的改造方案。
两轴通孔加工钻床的现状
●采用传统的液压设备加工精度低、效率不高。
●设备环境适应能力不强。
●设备维护工作频繁并且相对繁琐。
为解决上述问题，采用我公司伺服控制系统。
具有如下特点：
●可实现惦记平稳运行于0.01HZ～250HZ工作范围.
●电机运行速率低于50HZ时实现3倍电机额定转距输出,包括电机0HZ,锁定时的3倍电机额定转距输出,有效动机解决了工件加工过程中偶尔出现的堵转现象。
●内置PLC功能（16入/13出），通过QMCL软件编程的方式对所有I/O惊醒自定义设计。
●使用QMCL语言编译的程序，可以灵活的设定电气零点，保证机械原位与电气零点的可靠结合。
由于各类补偿是作为参数社顶的，因此可根据实际的间隙改变作出相应调整。
●系统参数任意设定电机运行时的S曲线和转距限副值。
■项目简介
首先将工件通过夹具固定在位于钻床中央的工作台上。
按下“运行”按钮后，舱门关闭，位于工作台两的驱动电机通过滚珠丝杠将带有滑台高速推进至工件近位，到达接近位后由控制器给出信号使钻头旋转，然后按固定有深孔加工循环进行加工。
为防止相对的两钻头打刀，由控制器通过软件编程实现两驱动电机互锁功能。
两轴过孔专用加工钻床的整体系统示意图（图1）。
IMS伺服控制器进行位置控制，通过编码器（PG）构成位置闭环系统。
所有的限位开关、零位开关等信号直接联入相应的控制器作为控制信号。
2台伺服控制器利用内部PLC功能，通过I/O信号或RS422/485通讯的方式与控制面板相连。
（图1）
图1所示为单台驱动电机驱动相应动刀头的工件加工过程。
首先将工件通过夹具固定在位于钻床中央的工作台上。
即先加工至接近中线位置的驱动电机发出信定住另外一边的驱动电机，使其进入“暂停”状态，机退回至安全位置后解除原电气信号使另外一边的驱动电机继续完成其自身的加工动作。
工件加工完成后，控制器给出相应电气信号打开舱门并且等待下次循环动作的“运行”开始。
软件设定的“互锁”信号分为“锁定对方”（输出）信号，当IMS控制器控制驱动电机将滑台推进至某位置时（软件设定），控制器会向另外一台控制器给出“锁定对方”信号。
对方控制器接受到“响应锁定”信号后，如正工作在安全区内，则正常运行；如正在向前推进并有可能发生打刀情况，则“暂停”使滑台停留在安全区内直至“响应锁定”信号消失。
发出“锁定对方”信号的控制器在所控制的滑台回退至安全范围后，将“锁定对方”信号取消以便另外一侧的正常运行。
两台控制器“先入为主”的原则进行互锁动作以保证加工时的高效率输出。
■项目效果
●IMS伺服控制器调速比为1：
5000，，滑台在该调速比下能可靠运行并满足两轴通孔专用加工钻床的进给要求。
●由于IMS伺服控制器采用的的是输出转速与转距的“解耦控制”，在电机基频（50HZ）以下能够保证3倍电机额定转距的平稳输出。
满足滑台机构对于电机的低速大转距平稳输出要求，以及在负载发生波动时依然能够保证进给速率的稳定与正常。
IMS伺服控制器采用2500线编码器，其位置控制范围远远超过滑台的。
●实际工作范围2m。
经过实测重复定位精度误差±0.002mm。
●使用QMCL语言可实现对电机的灵活动作控制，可对滑台动作进行相应的优化设计，将原设计方案4分钟加工2件提高到3分钟10秒加工2件。
●我公司IMS系列伺服控制器允许输入电压波动范围为±10%，满足低电压低转速时大转距可靠输出的系统设计要求。
●解决原电液伺服系统存在的噪音、震动、漏油以及安装、维护和调试过程中存在的问题或缺陷。
■IMS伺服控制器实测结果
测试内容
设计要求
实测结果
调速比
1：
3000
1：
5000
滑台移动速度
150～8000（mm/min）
3～12000（mm/min）
重复定位精度
±0.005mm
±0.002mm
工件加工时间
240S
190S
电网电压±10%波动
正常工作
正常工作
■评价
●工件加工周期由原来的4分钟加工2件提高到3分钟10秒加工2件。
对于设备使用厂家来说效率就意味着产量和利润，令长家感到欣喜和满足。
●系统具有极佳的卡靠性和稳定性，维护简单。
相对于传统设备的液电伺服系统，因此极大的简化可设备维护工作。
在整个调试阶段IMS伺服控制器始终处于无故障运行使长家感到非常满意。
●简单明了的参数设计。
IMS伺服控制器通过软件设定来的参数含义可直接按照用户的要求进行相应的设计，极大方便了设备操作者和使用者。
●IMS伺服控制器内部集成了PLC功能，I/O使用起来更加灵活方便，简化了系统集成商整体设计方案难度，也减少了部分硬件成本。
伺服控制器在龙门刨床的应用
■概述
目前我公司承接某大型机械生产家8米龙门刨床的改造项目。
由于此设备经过30多年的使用，残值已经所剩无几。
我公司的技术人员在机械机构基本完好的条件下，采用我公司的IMS系列伺服控制器对控制电机驱动系统进行改造，使之达到当前大型数控机床的先进水平，大大提高设备自身的实际价值。
●原设备情况
8米龙门刨床1971年出厂，型号B2031，主电机采用以电机—发电机组为能源的直流电机调速机组驱动；垂直刀架、侧刀架，通过变速箱的手柄改变速度和进给量和进给方向，才用未加控制的普通三相异步电机驱动。
●工作台具体情况
工作台面：
8m×3m
工作台最大负荷：
2000kg
工作台工作速度：
4—70m/min
主减速机速比：
1：
9
主减速机输出扭距：
11000N.m
主电机采用以电动机—发电机组为能源的直流电机调速机组驱动
A、发电机三相异步电动机
型号：
JO3280-4
功率：
100KW
电流：
185A
直流发电机
型号：
ZSF-36.8/23
功率：
138KW
输出电压：
460V
输出电流：
300A
B、直流电动机（两台串联）
型号：
ZBD-93-BL
功率：
600KW
额定转距：
1000r/min
电压：
220V
电流：
305A
●刀架的基本情况
电动机型号：
JO2-32
功率：
3KW额定转速：
1430r/min
电流：
6.5A螺杆螺距：
8mm
■改造方案
●增加铣削、磨削功能
工作台工作速度在0.02—70m/min的范围变化，调速比为1：
3500
刨削4—7m/min
铣削20—70mm/min
磨削1—1.5m/min
●无极调速、运行稳定、不爬行、连续工作、电机不发热。
电机控制系统低速稳定性好，输出转距大。
■工作台
●淘汰原有的以电动机—组作为能源的直流电机调速机组。
●采用我公司的交流异步伺服系统：
交流异步伺服的技术指标可以达到改造要求，调速范围宽、低速特性好、输出转距大。
控制系统对电机要求不高，在三相异步电机轴上安装编码器即可控制。
因此系统控制的电机功率可以很大，且价格用户可以接受。
●8米龙门刨床原设计采用了两台60千瓦直流电动机电气上串联，机械上两轴并联，减速机双入单出的驱动方式。
采用这种结构需要两台伺服控制器分别控制两台异步电机进行同步运行，由于减速机为硬连接，两根输入轴可能造成机械干涉，降低控制效率。
因此，决定改为用一台大功率电机，重新制造一台单入单出的减速机。
减速比改为1：
14。
●直流电动机额定转速为1000r.p.m，交流异步电动机按6级电机选择。
主减速机输出扭距为11000N.m，减速比1：
14，输入扭距应为786N.m，选用90KW电机。
交流异步伺服控制器可以控制电机在额定转速以上恒功率运行。
●根据8米龙门刨床的实际使用情况，一般返回最大速度为55m/min。
90KW6级三相异步电机能够满足设计指标和生产实际的综合要求。
电机转速
工作台速度
减速机输出扭距
1556r.p.m
70m/min
7850N.m
1110r.p.m
49.95m/min
11000N.m
1000r.p.m
45m/min
12208N.m
0.444r.p.m
20m/min
12208N.m
电机参数：
机座号：
315M-6额定功率：
90KW
额定转速：
985r.p.m额定电流：
170A
额定转距：
872N.m转动惯量：
4.28
电机配用1024线编码器，控制定位精度为±0.044
■刀架改造
●8米龙门刨床原有垂直刀架、侧刀架，通过变速箱的手柄改变速度和进给量和进给方向，采用未加控制的普通三相异步电动机驱动。
无法满足铣床、磨床功能对速度和进给量的控制要求。
●刀架的改造不对设备原有机械结构做改动，在刀架上安装铣头或磨头。
变速箱固定在一个合适的变速比，将电机更换为带有编码器的三相异步电机采用伺服控制。
●电机选择：
1、刀架原有的机械结构不做改动，选择电机的安装尺寸应与原电机一致。
2、在刨削过程中，刀架的进给是在工作台回程时动作的，刀架不受力。
而在铣削、磨削时，工作台工作过程中，可能需要刀架是受力的，因此，选择电机的功率应大于原电机。
●根据以上原则，选择3.7KW4极三相异步电机。
电机配用2500线编码器，控制精度为±0.003。
改变变速比，刀架速度和控制定位精度按比例改变。
电机参数：
型号：
YSF3700
额定功率：
3.7KW
额定转速：
1500r.p.m
额定电流：
8.2A
额定转距：
24N.m
转动惯量：
0.0127
■系统改造
8米龙门刨床原控制系统有的按钮站、继电器控制器方式，更新为“3+1”简易控制系统+伺服控制，横梁升降部分仍采用继电器控制。
见下图。
■评价
●该设备经过30多年的使用，残值已经所剩无几。
在机械结构基本完好的条件下，采用最新的控制技术对控制和电机驱动系统进行改造，将大大提高设备自身的实际价值。
●设备由单一的刨削功能改造成刨、铣、磨多功能机床。
●设备的控制系统由原来落后的继电器控制、电动机——发电机系统提高到数控、伺服控制系统，达到当前大型机床控制的先进水平。
●控制精度提高，调速范围增大，具有位置控制功能。
可数字化调整速度和位置，具有液晶屏幕显示。
●操作简化，数控系统句有编程和自动运行功能，对于相同加工件，可以一次编程，多次重复工作。
●系统可数字设定工作台行程，加快加工速度，提高生产效率。
●我公司的异步伺服系统的低速运行平稳，恒转距输出，能保证不同速度段加工的精度和稳定性。
我公司交流异步伺服系统具有加、减速控制功能，电机可以平稳换向，
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