加工出現(xiàn)錯(cuò)位,不能只怪“步進(jìn)”系統(tǒng)
先看看圖中的問題,相信做加工的同學(xué),尤其是木雕或者石雕的同學(xué)都遇到過,很多人都會(huì)怪罪于這樣的原因是因?yàn)闄C(jī)床為步進(jìn)系統(tǒng)導(dǎo)致的,其實(shí)我只能說,各位還是太年輕了,一臺(tái)合格的步進(jìn)系統(tǒng)機(jī)床哪怕出現(xiàn)丟步現(xiàn)象,也不會(huì)出現(xiàn)這么不堪的錯(cuò)位效果,很多年前的各種cnc機(jī)床都是步進(jìn)的,也一樣可以完成高精度的模具加工,現(xiàn)在的便宜機(jī)床根本無視電磁屏蔽,打開控制柜就能看到走線混亂,導(dǎo)軌和絲桿的裝配精度也不高,各種原因摻雜,怎么能不出問題呢。
做工一流的控制柜內(nèi)部布局
我們今天簡(jiǎn)單的說步進(jìn)和伺服兩者的區(qū)別:
步進(jìn)與伺服都可以實(shí)現(xiàn)位置控制,只是步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一種開環(huán)控制系統(tǒng),而且步進(jìn)電機(jī)自身特點(diǎn),主要工作在中低領(lǐng)域,步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最大優(yōu)點(diǎn),性價(jià)比高只有伺服的1/3左右,而且在中低速應(yīng)用領(lǐng)域具有輸出力矩大的特點(diǎn)。而伺服是閉環(huán)控制系統(tǒng),具有高速特性,電機(jī)可以額定轉(zhuǎn)速條件下輸出額定力矩,在加減速時(shí)還可以短時(shí)3倍過載,同時(shí)具有精度高的特點(diǎn),但成本高。對(duì)于很多自動(dòng)化設(shè)備因自身結(jié)構(gòu)和工作特性,本身加工速度并不高,則采用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更具有優(yōu)勢(shì)。
很多采用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)的低端設(shè)備,說白了就是一分錢一分貨,除了使用盜版控制卡,同時(shí)會(huì)在控制柜上節(jié)約成本,走線布線上面存在隨意操作,也會(huì)導(dǎo)致電磁干擾,形成步進(jìn)設(shè)備常見的丟步問題,丟步問題通常不會(huì)有嚴(yán)重錯(cuò)誤,但是由于控制設(shè)備的不穩(wěn)定,導(dǎo)致的連續(xù)丟步會(huì)在加工材料表面形成以下錯(cuò)誤:
XY軸丟步-加工當(dāng)中水平方向上前后左右出現(xiàn)偏移,導(dǎo)致出現(xiàn)類似第一張圖的位移錯(cuò)誤
Z軸丟步-會(huì)導(dǎo)致加工深度突然改變,越雕越深,或者越雕越淺
下面我們討論一下兩者的原理
伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的工作原理和區(qū)別
要了解兩者的區(qū)別,我們需要先對(duì)每一個(gè)對(duì)象都要深入了解一 下。首先了解一下工作原理:
步進(jìn)電機(jī)的工作原理是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)
,
就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度,它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步
-
一步運(yùn)行的。可以通過控制發(fā)出脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量,從而達(dá)到控制位移的目的;同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度,從而達(dá)到調(diào)速的目的?
而伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn) 子是永磁鐵,驅(qū)動(dòng)器控制的
U/V/W
三相電形成電磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較,調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的分辨率。?
第一,步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的控制方式不同,步進(jìn)電機(jī)是通過控制脈沖的個(gè)數(shù)控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度的,一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)步距角,但是沒有反饋信號(hào),電機(jī)不知道具體走到了什么位置,位置精度不夠高。伺服電機(jī)也是通過控制脈沖個(gè)數(shù),伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一 個(gè)角度,都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖,同時(shí)驅(qū)動(dòng)器也會(huì)接收到反饋回來的信號(hào),和伺服電機(jī)接受的脈沖形成比較,這樣系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī),同時(shí)又收了多少脈沖回來,就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)精確的定位,可以達(dá)到0.001mm。?
第二,過載能力不同步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。以皮爾磁交流伺服系統(tǒng)為例,它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額轉(zhuǎn)矩的3倍,可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力,在某些工作場(chǎng)合就不能用步進(jìn)電機(jī)工作了。?
第三,速度響應(yīng)性能不同步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要200 ~ 400ms。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好,以皮爾磁交流伺服電機(jī)為例,從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000 r/min。僅需幾ms,可用于要求快速啟停并且位置精度要求較高的控制場(chǎng)臺(tái)。?