大功率數(shù)控等離子切割機傳動單元匹配分析

時間：2020-01-05作者：東莞市震磊利機電科技有限公司瀏覽：1021

大功率數(shù)控等離子切割機傳動單元匹配分析

    近年來，國內(nèi)大功率數(shù)控等離子切割機市場供需呈現(xiàn)兩旺，其一方面在于中厚板等離子加工技術的日趨成熟，以美德為代表的類激光/精細數(shù)控等離子切割機在加工效率和質(zhì)量方面都有了顯著的改善，逐漸具備了工業(yè)化普及推廣的商業(yè)**；較重要的則是由于國內(nèi)下游企業(yè)加工生產(chǎn)需求的帶動，傳統(tǒng)火焰切割方式在效率和使用成本上的先天缺陷使得更多生產(chǎn)型企業(yè)不得不嘗試較為有效和經(jīng)濟的加工方式。本文由武漢嘉倍徳科技技術部編輯整理，詳細就大功率數(shù)控等離子切割機傳動單元匹配問題作簡要分析，不足之處歡迎指正。
    與傳統(tǒng)的傳動方式相比，數(shù)控等離子切割機的傳動單元主要由兩部分構成，其一是傳動電機單元，其二是減速機驅(qū)動單元。前者的效用在于提供數(shù)控等離子切割機床持續(xù)穩(wěn)定的行進動力；后者則為機床割炬的定位精度提供有效**。

一、數(shù)控等離子切割機傳動電機單元匹配
    常用的數(shù)控等離子切割機傳動電機驅(qū)動單元以直線電機為代表。
    直線電機是指一種利用電磁感應原理，將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動動能的驅(qū)動裝置，它是一種能實現(xiàn)往復直線運動的電動機。全世界**條商業(yè)運營線的磁懸浮列車——上海磁浮列車就是采用此原理實現(xiàn)的。
    直線電機的“直接驅(qū)動”方式具有較高的動態(tài)特性和控制精度，較高的進給速度和加速度，較長的使用壽命，以及較低的振動噪聲和較小的磨損。這些特性使其在數(shù)控機床領域的應用迅速發(fā)展，而數(shù)控等離子切割機作為無切削力加工，采用直線電機進給驅(qū)動有著無可比擬的優(yōu)勢。
    數(shù)控等離子切割機傳動直線電機與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機相比，具有如下應用優(yōu)勢：
　　1. 速度快，加速度大；
　　2. 精度高；
　　3. 無機械磨損，壽命長；
　　4. 傳動系統(tǒng)結(jié)構簡單，**；
　　5. 噪音低，運行安靜。
    在實際應用方面，大功率數(shù)控等離子切割機傳動直線電機的廣泛推廣，取決于直線電機的性能不斷提高，成本日益下降，為其廣泛的應用創(chuàng)造了條件；另一方面，大功率數(shù)控等離子切割機應用行業(yè)如鈑金行業(yè)不斷地對切割質(zhì)量和切割效率提出較高的要求。為此，直線電機驅(qū)動的大功率數(shù)控等離子切割機應運而生。因其速度快、加速度大、定位精度高，而深受市場上中**客戶的青睞。

二、大功率數(shù)控等離子切割機減速電機匹配
    數(shù)控等離子切割機減速驅(qū)動單元包括驅(qū)動裝置和減速機兩部分，對驅(qū)動單元的選購主要在于驅(qū)動裝置的選擇，因為減速機是通用的部件，性能差別只存在于不同的廠家和型號。
　　驅(qū)動單元主要可分為：反應式步進驅(qū)動電機、混合式（也稱永磁反應式）步進驅(qū)動電機和伺服驅(qū)動電機三大類。
　　1. 反應式步進驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)子無繞組，由被勵磁的定子繞組產(chǎn)生反應力矩實現(xiàn)步進運行?；旌鲜讲竭M電機的轉(zhuǎn)子用*磁鋼，由勵磁和永磁產(chǎn)生的電磁力矩實現(xiàn)步進運行；
    2. 步進電機受脈沖的控制，通過改變通電的順序可改變電機的旋轉(zhuǎn)方向，改變脈沖的頻率可改變電機的旋轉(zhuǎn)速度。步進電機有一定的步距精度，沒有累積誤差。但步進電機的效率低，拖動負載的能力不大，脈沖當量不能太大，調(diào)速范圍不大。
    目前步進電機可分為兩相、三相、五相等幾種，常用的是五相步進電機。在過去很長一段時間里，步進電機占很大的市場，但目前正逐步為伺服電機所取代。
　　3. 伺服電機則主要采用交流伺服系統(tǒng)，在電機的軸端裝有光電編碼器，通過檢測轉(zhuǎn)子角度用以變頻控制。從較低轉(zhuǎn)速到較高轉(zhuǎn)速，伺服電機都能平滑運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動小。伺服電機有較長的過載能力，有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。伺服電機有很小的啟動頻率，能很快從較低轉(zhuǎn)速加速到額定轉(zhuǎn)速。

三、大功率數(shù)控等離子切割機驅(qū)動單元匹配
　　大功率數(shù)控等離子切割機采用交流伺服電機作為驅(qū)動器件，可以和直流伺服電機一樣構成**，**的半閉環(huán)或閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于交流伺服電機內(nèi)是無刷結(jié)構，幾乎不需維修，體積相對較小，有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高。目前已經(jīng)在很大范圍內(nèi)取代了直流伺服電機。采用高速微處理器和**數(shù)字信號處理機(DSP)的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)出現(xiàn)后，原來的硬件伺服控制變?yōu)檐浖欧刂?，一些現(xiàn)代控制理論中的**算法得到實現(xiàn)，進而大大地提高了伺服系統(tǒng)的性能，因此伺服單元能較大的提高加工效率及加工精度，但伺服驅(qū)動單元的價格也較高。隨著伺服控制技術的逐步提高，目前伺服驅(qū)動單元正逐步成為驅(qū)動單元的主力軍，伺服驅(qū)動單元的價格也在逐步減低。
　　大功率數(shù)控等離子切割機伺服驅(qū)動器有兩種：
    1. 采用脈沖控制方式，此種驅(qū)動器與電機閉環(huán)，但不反饋到數(shù)控系統(tǒng)，這種驅(qū)動器在某種程度上可稱為開環(huán)控制的伺服控制。
    2. 采用電壓控制方式，通過電壓的高低進行電機的轉(zhuǎn)速控制，電機的反饋信號通過驅(qū)動器反饋到數(shù)控系統(tǒng)進行位置控制。
　　選擇驅(qū)動單元時，也要考慮驅(qū)動單元的價格在整臺數(shù)控機床中的比例。整臺數(shù)控機床價格較低的一般選擇步進驅(qū)動單元，而價格較高的機床選擇伺服驅(qū)動單元。但選擇驅(qū)動單元的同時，也要考慮驅(qū)動單元與數(shù)控系統(tǒng)的匹配問題，選擇閉環(huán)控制系統(tǒng)時**選擇閉環(huán)的伺服驅(qū)動單元。交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都**步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當?shù)目刂齐姍C。

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