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深入探讨中国伺服驱动器行业的发展

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-05-26 0:32:55 * 浏览: 86
lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp作为CNC机床的重要功能部件,伺服驱动装置的特性一直是影响CNC机床加工性能的重要指标。着眼于改善伺服驱动器的动态和静态特性,近年来,国内外已经开发了各种伺服驱动器技术。可以预见的是,随着高速切割,超精密加工和网络制造等先进技术的发展,全数字AC伺服驱动系统,线性伺服系统和具有网络接口的高速电主轴已成为当今世界上最先进的技术。成为机床行业关注的焦点,并成为伺服驱动器。系统的发展方向。 lt,BRgt,nbsp 1.交流永磁同步伺服驱动装置lt,BRgt,伺服驱动技术经历了三个阶段:直流伺服装置,直流无刷伺服装置和交流永磁同步伺服驱动装置。随着现代制造业大规模生产中对加工设备的高速,高精度和高效率的要求,交流永磁同步伺服驱动装置具有高响应和免维护(无碳刷,换向器等易磨损部件) ),可靠性高等特点。它采用微处理技术,大功率高性能半导体功率器件技术,电动机永磁材料的制造工艺,具有良好的性价比,已成为工业领域自动化的基本技术之一。 lt,BRgt,nbsp从德国2005年汉诺威展览会上,您可以看到伺服驱动设备的两个发展趋势:lt,BRgt,nbsp1。全数字化lt,BRgt,nbsp完全数字化是伺服器未来发展的必然趋势。驱动技术。全数字化不仅包括伺服驱动器内部控制的数字化,伺服驱动器与数控系统的接口的数字化,还包括测量单元的数字化。因此,伺服驱动器内部的三个环,现场总线连接接口以及编码器与伺服驱动器的数字连接接口的完全数字化是完全数字化的重要标志。 lt,BRgt,nbsp随着微电子制造工艺日趋完善,使用了新型高速微处理器,尤其是数字信号处理器DSP技术,从而使计算速度呈几何级数增长。伺服驱动器内部三环控制(位置环/速度环/电流环)的数字化是确保伺服驱动器高响应,高性能和高可靠性的重要前提。伺服驱动器的所有控制操作都可以通过其内部DSP完成,从而满足了伺服环路的高速实时控制的要求。一些产品还将电机控制的外围电路与DSP内核集成在一起,并实现了一些新的控制算法,例如速度前馈,加速度前馈,低通滤波和下陷滤波。 lt,BRgt,nbsp伺服驱动器是传统的模拟控制接口,容易受到外部信号的干扰,传输距离短。在中国的伺服驱动设备中广泛使用的脉冲控制接口不是真正的数字接口。该接口受脉冲频率的限制,不能满足高速,高精度控制的要求。使用现场总线数字控制接口是伺服驱动器实现高速,高精度控制的必要条件。因此,近年来,外国公司已经发布了自己的数字接口协议和标准。例如,日本的FANUC公司发布了串行伺服总线(FSSB),德国的西门子发布了Profibus-DP总线,日本三菱发布了CC-link总线。施乐推出了SERCOS总线。 lt,BRgt,nbsp完整数字化已扩展到测量单元接口的数字化。德国海德汉公司已将各种类型的编码器(例如增量式和正弦和余弦编码器)的细分功能统一到EnDae2.2编码器连接协议中。细分过程在编码器内部完成,然后通过数字量与伺服驱动器连接接口,这是真正的数字化。 lt,BRgt,nbsp 2.高性能lt,BRgt,nbsp的特点是高精度,高动态响应,高刚性,高过载能力,高可靠性,高电磁兼容性,高电网适应性和高性价比。 lt,BRgt,nbsp在2005年汉诺威工业博览会上,日本FANUC推出了HRV4伺服控制技术。 lt,BRgt,nbsp伺服HRV4继承并进一步发展了HRV3的优点,具有以下特点:随时使用纳米级位置指令,采用1600万转/转的αi高分辨率脉冲编码器,可以达到纳米精度伺服控制,HRV4超高速伺服控制处理器,受控电机的速度可以达到60000r / min,HRV4控制算法可以将伺服电机的大控制电流减少50,并减少电机发热量17,因此,伺服驱动装置可获得更高的刚性和过载能力。 lt,BRgt,nbsp公司更加重视伺服的动态特性。例如,海德汉公司在2005年汉诺威工业博览会上展示了不同分辨率的编码器对转矩脉动的影响,并揭示了提高编码器分辨率可以大大降低伺服驱动器的转矩脉动。 LT,BRgt和nbsp电子电源技术的发展将伺服系统主电路电源组件的开关频率从2kHz提升至5kHz至10kHz以上,大功率绝缘栅双极晶体管(IGBT)和智能控制电源模块(IPM)的使用,大大降低了伺服驱动器输出回路的功耗,提高了系统的响应速度和稳定性,并降低了运行噪音。这些不仅为交流伺服的全数字化,高速,高精度奠定了基础,而且使交流伺服系统趋向于小型化。 lt,BRgt,nbsp二,直接驱动技术(DirectDrive)lt,BRgt,大推力线性伺服驱动装置,大转矩转矩伺服驱动装置与传统的螺杆传动方法相比,直接驱动技术的特点是省去了电动机移动/旋转工作台之间的所有机械传动环节,即,将机器的进给传动链的长度减少到零。这种“零传输”方法带来的性能指标是螺旋传输方法无法实现的。例如,加速度可以达到3g以上,是传统驱动装置的10到20倍,进给速度是传统驱动装置的4到5倍。 lt,BRgt,nbsp直接驱动技术是高速,高精度CNC机床的理想驱动方式,受到机床制造商的重视,技术发展迅速。近年来,世界上有数十家公司展出了由线性电动机驱动的高速机床。一些制造商已将机床的运动加速度提高到2〜3g,并将快速运动速度提高到150〜240m / min。 MAZAK将启动基于线性伺服系统的超音速加工中心,其切削速度为8马赫,高主轴速度为80,000 r / min,快速移动速度为500 m / min,加速度为6 g。这标志着以线性伺服为代表的第二代高速机床克服了线性电机发热,保护和成本高的缺点,并逐渐实用化。 lt,BRgt,nbsp在2005年底,作者参观了森精机公司在日本的工厂,并为之感动:森精机公司的机床产品使用了大量的自制大扭矩扭矩伺服驱动器。与传统的蜗轮蜗杆传动相比,大扭矩扭矩伺服驱动装置大大简化了机床旋转轴的结构,转盘的转速大大提高,动力响应大大提高。 lt,BRgt,nbsp三,高速电主轴lt,BRgt,nbsp电主轴是电动机和主轴融合的产物。将主轴电机的定子和转子直接放入主轴组件中。电动机的转子是主轴的旋转部分。由于省去了变速箱和电动机的传动装置,因此实现了主轴系统与“零传动装置”的集成。 。那里具有结构紧凑,重量轻,惯性小,动态特性好等优点,可以改善机床的动平衡,避免振动和噪声,广泛用于超高速机床工具。电主轴的驱动一般采用矢量控制变频技术。 lt,BRgt,nbsp国外高速加工主轴的转速一般为12000〜25000r / min,最高为70,000〜80,000r / min。 lt,BRgt,nbsp第四,中国伺服驱动系统的现状在“五个”时期,伺服驱动技术取得了重大的科技突破,并取得了一定的成果。 lt,BRgt,nbsp在1980年代,中国在引进西门子伺服驱动技术上投入了大量资金。但是,由于它引入的技术已经过时,因此在独立消化和吸收方面没有任何突破,从而无法实现工业化。痛苦的历史教训使每个人都明白一个硬道理:对于伺服驱动器之类的战略性高科技,这不是靠引进金钱来完成的,盲目模仿外国只会落后于别人,被别人击败。 lt,BRgt,nbsp华中科技大学是中国伺服驱动技术自主创新的发祥地之一。在“八五”期间,华中科技大学开始在自动控制系和电力系内研究开发伺服驱动器。 1996年,自动控制系与华中数控共同开发了基于单片机的模数混合交流伺服驱动器和主轴驱动器(HSV-9系列)。驱动单元(HSV-16 / 18/20)投入量产。迄今为止,已生产和销售了30,000多台,并被评为国家重点研究成果和国家重点新产品。华中科技大学动力系与广州数控和上海数控合作,研发的伺服驱动技术也已产业化。 lt,BRgt,nbsp北京航天数控公司生产的DSCU系列全数字伺服控制单元和DSSU系列全数字主轴控制单元,北京凯奇数控设备制造的全数字伺服控制单元和全数字主轴控制单元及电机有限公司。它也已被大规模应用。进给伺服功率范围为20W至7.5kW,主轴伺服功率范围为3.5kW至22kW,可以满足企业的实际需求。 lt,BRgt,nbsp北京世光科技自主开发的“全数字AC伺服控制技术”,采用基于32位微处理器的系统级芯片和智能功率器件,成功实现了高性能的三相AC异步电动机(鼠笼电动机)精密伺服控制。基于该技术开发生产的IMS系列伺服控制器可以通过编程灵活,准确地实现对电动机位置,速度,加速度和输出转矩的高精度控制,其产品可以广泛用于机床,电梯,包装机械,印刷机械,塑料机械,装卸机械,电动汽车和自动化生产线等领域,得到了用户的好评。 lt,BRgt,nbsp从2003年起,中国经济的数控系统就开始使用步进驱动装置,开始大规模使用伺服驱动装置。为了促进中国数控系统产业的升级,中国自主创新的伺服驱动技术做出了巨大贡献,伺服驱动产业也取得了长足的进步。 lt,BRgt,nbsp目前,中国伺服驱动系统的产品性能和产品可靠性与国外产品仍有一定差距。特别是在全数字高性能伺服驱动技术方面,与国外公司的差距仍然很大,已经成为制约中国中高端数控系统产业发展的“瓶颈”问题。 lt,BRgt,nbsp 5.华中数控伺服产品和技术特点lt,BRgt,nbsp华中数控公司自成立以来一直与华中科技大学密切合作开发伺服产品。带头发展并成功在中国生产和销售基于微处理器的HSV-9交流伺服驱动器。后来承担了国家“第十一个五年”重点项目“全数字交流伺服驱动系统和交流主轴伺服控制系统的研究与应用”,国家“第十个五年” 863项目“ EQ6110HEV混合动力”。国家系统创新项目,国家技术创新项目“全数字智能交流馈电驱动装置”和中小企业创新基金项目“高性能伺服驱动系统工程研究”等7个项目的城市客车电机及其控制研究与开发任务。近年来,华中数控已经开发了一系列具有自主知识产权的交流伺服驱动器和交流伺服电机。 lt,BRgt,nbspHSV-16系列全数字交流伺服驱动单元lt,BRgt,nbsp作为新产品,它进一步改进并提高了产品性能。 lt,BRgt和nbsp驱动程序的硬件环境是:高性能电机控制专用数字信号处理器(DSP)+大规模现场可编程逻辑阵列(FPGA)+智能电源模块(IPM),操作简单,可靠性高,体积大体积小,易于安装。它具有自检和自诊断功能,并且对于各种故障情况(例如短路,过电流,过电压,欠电压,泵送和过热)具有完善的软件和硬件保护功能。 lt,BRgt,nbspHSV-18D系列全数字AC伺服进给驱动单元和主轴单元lt,BRgt,nbsp采用当前新技术设计,AC 380V直接供电,可以实现多种AC电机,包括AC永磁同步电机,无刷直流电动机,交流感应电动机(交流异步电动机)的转矩,速度,位置闭环或全闭环控制。 lt,BRgt,nbsp以提高产品的可靠性面对国内用户当前严酷的环境,华中数控伺服驱动器的企业标准是根据欧洲4级电磁兼容性指标制定的,高于国家标准技术指标(欧洲3级电磁兼容)两倍。华中数控产品的适用电压范围为±20,而国家标准要求的产品电压范围为+ 10〜-15。 lt,BRgt,nbsp交流伺服电机是CNC系统的关键组件之一。过去,它主要依靠进口,不仅价格昂贵,而且品种不全,供应周期长。核心技术掌握在外国公司手中。改革系统也非常困难。电机的成本,类型和交货期严重限制了数控系统行业的发展。为此,华中数控从2000年开始为交流伺服电机系列的自主研发做准备,并投资成立了上海登奇机电技术有限公司,以开发GK6和GK7全系列永磁同步交流电。伺服电机和具有自主知识产权的GM7系列交流伺服主轴。 。在lt,BRgt和nbsp开发的初期,大量参考了国内外的先进技术,包括西门子,安川,三洋,松下等电机的先进技术,并结合了国内用户需求和市场需求。在2001年,他们成功开发了GK6系列通讯永磁同步伺服电动机。该系列电动机采用定子冲孔叠片堆叠裸露结构,直接散热无间隙,采用超高本征矫顽稀土永磁材料形成气隙磁场,是国内开发的用于整体磁化的生产工艺设备。电动机转子的倾斜磁铁,确保所生产的伺服电动机没有磁性,减少损耗,减少磁场振动和噪声,并具有更高的性能。采用整体加工技术,电机震动小,旋转稳定。目前产品的额定扭矩为0.6〜1000Nm,额定转速为1000、1200、1500、2000、3000、6000r / min。该系列电机的成功推出,为华中数控等国内数控企业提供了高性价比,及时供货,伺服电机配套的个性化需求。 lt,BRgt,nbsp dev在成功开发交流伺服电机并使其市场化的基础上,2004年推出了GM7系列交流变频主轴电机,以便更全面地支持CNC机床。目前,该产品的额定功率为2.2kW〜100kW。它采用F级特殊绝缘结构,抗浪涌电流和电晕现象,使用寿命长,可靠性高。它采用内置风道,定子冲盘压力一体化结构,散热效率高而紧凑,采用整体加工技术和高精度动平衡技术,大大提高了高速,高精度和可靠的运行能力。华中数控公司开发的lt,BRgt,nbsp交流伺服电机和交流变频主轴电机,在中国品种齐全。在产量方面,它每年翻一番,年产量已经达到20,000单位。华中数控在2006年宣布了国家发改委的“设备国产化”专项:全数字伺服驱动器和电机的产业化,已通过专家评审。公司计划投资7000万元,建设一个10000m2的伺服驱动器和电机生产厂。建成后,计划年产10万套伺服驱动器和电机。 lt,BRgt,nbsp华中数控还根据市场需求开发了多种特殊的伺服产品。研发的大功率伺服驱动器已在重庆工厂的倾斜式火车车厢平衡系统中使用。由lt,BRgt和nbsp开发的开关磁阻电机控制器应用于武汉的城市混合动力公交车。与德国公司合作生产的工业缝纫机驱动系统已批量销售。 GK6和GM7伺服主轴电机已与中国一家注塑机制造商的全电动注塑机进行批量匹配。输出功率高达1000Nm的伺服驱动器已用于中国鄂州机床厂开发的电动螺杆压力。 lt,BRgt,nbsp六,中国伺服行业驱动系统的发展行业建议lt,BRgt,nbsp作为CNC机床的重要功能组件,伺服驱动器和伺服电机是影响CNC系统性能的重要功能组件。伺服驱动器和伺服电机的成本占CNC系统总成本的1/2至3/4。因此,是否掌握独立的伺服驱动器和伺服电机技术是决定CNC系统工厂整体竞争力的决定性因素。 。伺服驱动器涉及大功率和强大的电气控制,这是可靠性的薄弱环节和瓶颈。在成功的国外CNC系统公司中,他们具有独立伺服驱动技术的自支持能力。中国自主伺服驱动技术和产业的发展迫在眉睫。建议如下:lt,BRgt,nbsp 1.大力加强伺服驱动装置生产工艺技术的研究伺服驱动器的控制平台技术已经基本成熟。面向产品的研究的重点是可靠性设计和可靠性保证措施,产品结构和系列设计以及批量生产过程研究,从而使产品能够满足相关国家标准的要求,满足市场的快速增长并扩展家用伺服驱动器市场。占用。 lt,BRgt,nbsp 2.进行高性能伺服驱动装置的性能评估和改进技术研究lt,BRgt,nbsp增加对伺服驱动装置测试方法的投资,进行伺服驱动器的性能评估,独立,客观,科学实用在技术测试的基础上,为中国伺服驱动技术的发展提供了明确的技术趋势,掌握了真实的产品信息和合理的购买建议。在此基础上,lt,BRgt和nbsp支持国内公司开发高性能伺服驱动器。在高精度,高动态响应,高刚性,高过载能力,高可靠性,高电磁兼容性,高电网适应性,高价格等方面,缩小了与国外高性能伺服驱动器产品的技术差距。 lt,BRgt,nbsp 3.制定中文标准伺服驱动器和数控系统的数字接口lt,BRgt,以数控系统和伺服驱动器的数字接口规格和标准的通用技术为纽带,形成了国内数控系统行业的合作与联盟。它们各自的优势,缩短了开发周期,降低了开发成本,形成了相互支持,形成了与国外CNC系统制造商竞争的联合力量,并增强了中国CNC机床和CNC系统在国际市场上的竞争力。同时,掌握数控系统和伺服驱动器的数字接口协议和标准的话语权,可以提高中国在国际标准化组织中的地位,规范国内数控市场,影响国际数控公司,并建立保护技术。中国数控系统产业发展的障碍。它可以缩小中国CNC系统行业与国外之间的技术差距,并改变当前国内CNC系统制造商之间的低价和低水平竞争。 lt,BRgt,nbsp增加了对高推力线性伺服驱动器,高扭矩转矩伺服驱动器和高速主轴驱动器开发的投资。 lt,BRgt,nbsp直接伺服驱动技术是伺服驱动技术的未来发展方向。 CNC机床使用直接伺服驱动技术。尽管省略了中间转换环节,实现了所谓的“零传输”,但系统结构较为合理,但作为一种新的应用技术,仍然面临许多实际的技术难题。例如许多不确定因素的抗干扰问题,例如控制系统的参数扰动和负载干扰,伺服电机的强制散热问题,系统的快速能量吸收制动问题以及严格的防尘和防磁问题。在隔离措施上,所有这些实际问题都需要进一步解决和技术的进一步改进。 lt,/ FONTgt,