电动缸伺服控制系统老化试验

2014-07-18韩丽洁许昌

机床与液压 2014年11期

韩丽洁，许昌

(中国计量学院机电工程学院，浙江杭州310018)

在平台驱动方式中，电动驱动方式与气动和液压相比，有其自身的优点。气动方式的机械特性比较“软”，承载能力较小，控制精度不高，适用于轻载场合;液压驱动方式有承载能力强、控制精度高、响应速度快、调速范围宽等优点，但维护成本较高，并且液压缸的噪声相对较大 (85 dB)。电动缸通过滚珠丝杠将电机的旋转运动转化为推杆的直线运动，带负载能力强，响应快、定位精度高、维护量小，效率达65% ～75%，并且噪声也大为降低［1］。最新的直线执行器产品噪声等级已低于45 dB，较传统气动液压方式具有显著优势。

研制了一款用于平台驱动的电动缸，并用FX3G－PLC、交流伺服驱动器，设计了老化试验装置，通过软件编程即可实现三轴运动，比采用定位模块更加简便高效。试验对电动缸进行了负载能力、噪声水平等指标的测试。结果表明，所研发的电动缸符合设计要求。

1 电动缸结构及试验平台

电动缸 (图1)是将电机的回转运动转化为丝杠副的直线往复运动。主要由丝杠副、减速器、电机、承载套筒等组成。电机通过减速器将扭矩传递于丝杠，丝杠副螺母做直线运动。套筒与螺母固连，套筒一端连接平台。螺母做往复直线运动时，套筒推动平台同步做升降运动［2］。根据电机与丝杠主轴的安装位置，可以采用垂直式 (丝杠与电机主轴在同一直线上)、折返式 (丝杠主轴与电机主轴平行)等形式。

图1 电动缸结构示意图

试验平台所承受负载为250 kg，整套装置包含两个基本框架:上平台框架和下平台框架，如图2(a)所示。3个电动缸安装在两个框架之间。上框架为动平台，与3个电动缸通过万向头连接，提供运动环境;下框架通过螺栓固定在地面上［3］。平台尺寸:中位高度320 mm，长1 690 mm，宽740 mm;前侧两缸跨度630 mm;前后电动缸间距560 mm。建立如图2(b)所示空间坐标系。并结合实际情况，给出技术指标表1。

表1 技术指标

图2 平台机械图及其空间坐标系

2 系统工作原理

该系统从整体上看是一个高精度的半闭环伺服运动控制系统，由计算机控制部分、伺服驱动部分和电动缸三部分构成，其工作原理如图3。系统的控制核心为PLC，上位机主要实现电动缸轨迹代码的生成、程序编写、实时监控和修改等，并通过总线向PLC发送在线命令。伺服驱动器选择位置控制方式，接收PLC发送的一定数量和频率的脉冲，控制电机正反转，进而带动丝杠直线运动。实际应用中平台负载为变化值，一定电压对应的平台位移大小会随负载的变化而变化，因此每个电动缸都装配有光电编码器，实时采集当前电动缸位移，并反馈给驱动器，从而形成闭环控制，提高了位置精度［4－5］。同时为了防止丝杠在往复运动中发生超程现象，在电动缸的底端和顶端都安装有限位开关，以保证电动缸平稳运行。

试验中电动缸行程150 mm，推力2 500 N，最高速度250 mm/s，最大加速度12 mm/s2，丝杠导程5 mm。其配套伺服电机额定功率为750 W，转矩2.4 N·m，转速3 000 r/min。驱动器选用深圳众为兴公司生产的QS6系列，输入电源AC220 V，驱动电流20 A，具有位置控制、转矩控制、速度控制等多种控制方式，试验中主要应用脉冲+方向的位置控制方式，具体参数可参考手册［6］。