进口数控内外螺纹磨床的电气改造父流变频器交流伺服系统在旧设备改造中的应用东风汽车传动轴有限公司杨少强为了加快新产品的开发及提高产品质量在汽车工业的零件加工中大量使用了教控设备。绞多年运行，设备已进入故障多发期，经统计百分之九十的故障发生在，控系统的外设，数控系统主板的故障相对较少。本着降低设备改造成本，发挥设备比较大经济效益保留了性能稳定可靠维修资料较为齐全的FANUC3MC，控系统，将设备的直流，服系统及其直流电机全部改造成为交流伺服系统普通交流电机或交流伺服电机。两台设备十多年没有机械和电气大修，只是结合改造进行项目修理，实践证明这种改造是卓有成效的。

　　东风汽车传动轴有限公司由1986年引进了两台内外数控螺纹磨床，机床由英国系统，主要用于加工汽车循环球转向器的螺杆向母。

　　此两台内外数控螺纹磨床经过几年正常运转后，先后发生故瘅。故障现象开机后屏幕显电机过流，打开电柜，检，电机伺服放大器模块，故障显极管区的，红灯亮，故障原因分析该机床工作台驱动采用英国直流伺服单元以及直流电机。因为加工工艺的窬要，每加工个零件，工作台要往复运动十多次。由于直流电机所固有的缺点，经多年频繁的正反转，碳刷及整流子磨损严重，曾多次更换碳刷及修磨整流子，以应付生产。比较终因电机整流子击穿，致使直流伺服单元模块过流报警。

　　交直流伺珉电机特性分析因为两台内外数控螺纹磨床引进较早，采用的是永磁直流电机，这种电机有定的优点。由于永破直流伺，电机能在较大过载转矩下长期地工作以及电机的转子惯量较其他直流伺服电机都大，因此它能直接与丝杆相连而不需中间传动装置，而且，因为无励磁回路损耗，所以它的外形尺寸寸比其相类似的励磁式直流电机小。它还有个特点，是可在低速下运转，如能在1甚至在0上，下平稹的运转。

　　但直流电机却存在些固有的缺点，如它的电刷和换向器易磨损，需赛经常维护；由于换向器换向时会产生火花，使电机的比较高转速受到限制，也使应用环境受到限制；而且直流电机的结构复杂，制造困难，所以铜铁材料消耗大，制造成本高。

　　近年来，世界各国都在致力于交流电机传动系统的研究。随着转差频率控制，矢量变换控制和直流转矩控制等新的交流调速理论的诞生；以01和010为代的，近于理想的自控式大功率开关器件的制造成功；微型计箅机计微型计算机控制技术的发展；目前，高性能的交流调速系统，伺服系统已研究制造出来，正逐步取代直流伺服系统，这种发展趋势日益明显。

　　交流电动机和直流电动机比较具有结构简单制造方便运行可靠坚固价格低廉等系列优点，特别是和同容量的直流电动机相比，交流电动机的重量约为直流电动机的半，而其价格仅为直流电动机的3.般来讲，在同样的体积下，交流电机的输出功率可比直流电机提高70，另外，交流电机的容量可以比直流电机造的大，达到比较高的电压和转速。但是，异步电动机也有些缺点，比较主要的是不能经济地实现范围较广的平滑调速；必须从电网吸取滞后的励磁电流，使电网功率因数变坏。

　　交流伺服电机的机械特性比直流伺服电机的机械特性要硬，其直线更为接近水平线，另外断续工作的范围更为扩大，尤其是在速区域，这有利于提高电机的加减速能力。针对台，控磨床的直流电机在机床各部位的工作情况，我们采用了不同的方案进行，改造姑13705金剐石滚轮修正器驱动系统印剧绕组直班电动机的外形为扁圆形，电机的定子为强力的永磁磁钢，电机的电柩为印刷绕组呈圆盘状，碳刷由倒面引人。所以，它具有体积小，长度短，电枢惯性小，低速运行平稳，调速性能好，结构简单等特点，在国外机床上已得到广泛的应用。

　　河13705外螺纹磨床主要是把此种电机用于金刚石滚轮修正器往复运动的驱动上，出现直流驱动模块过电流报替，经判断是印刷绕组直流电机报警，拆开电机后，发现经过长期频繁的正反向运动，电机电枢盘状的印刷电路部分已磨穿。经了解，西安微电机研究所也曾小批量生产印刷绕组直流电机，但是技术数据与要求的相差甚远。重新订制，价格昂贵，加工周期比较长。

　　对金刚石滚轮修正器的工作过程进行分析它主要由印刷绕组直流电动机的旋转运动，通过螺杆螺母传动变为直线运动，然后再通过拔叉及棘轮装置，使金刚石滚轮上下移动。其修正的精度取决于机械的棘轮装置，与电机的关系不大，但它要求电机的转动惯量要小。而交流变频调速装置控制的交流电机正好具有如此的特性。交流变频装置具有设定加减速时间的功能，只要合理地选择好适当的参数，就能使电机较正确地启停，因当时厂里尚无小功率的交流变频器，只得选用53，5，552，5.5人的变频调速器为了防止意外趄程故障，增设了个无敝点接近开关，在移动的螺母端加上个撞块，万由于某程原因而超程，中间继电器1动作，其常开触点接通变频器的财，gt；端，是电动机急停制动，以免损坏机械装置。

　　所选择的交流电机为人0274.功率是250评，电流较小，而5久05.5艮入变频器内部的电子保护电路比较小输出电流限幅为25，故起不到保护的作用，所以在交流电机电路上装自动空气开关，乃20 1锾以保护电机和变频装置。

　　驱动装置改造后，金刚石滚轮修正的工作效率及精度均保持了原设备的水平。

　　改造MI6900工作台驱动系统原6900工作台驱动系统采用英国的0上0驱动装置和直流伺服电机。因加工工艺的需要，加工个零件工作台要往复十多次，按日产量120件计箅，每天要达千次左右。因为直流电机铎繁的正反转，所以碳刷及整流子磨损严重，几经，换碳刷及修复整流子应付生产，比较后因整流子击穿而无法修复。目前，国内尚无适合的直流伺服电机替代。

　　我们采用富士变频调速器只，580224及90.慢识交流电机来改造原来的直流伺服系统。但是，如何将变频调速器与及即03！数控系统连接是关键的问。

　　我们知道，富士变频调速器控制的电机输人0到107直流电压，而控制电机的正反转是在或虹7端输人个开关量指令信号，而FANUC3MC控制电机转速及方向是输出给定模拟量，到±电压。所以，富土变频调速器与FANUC3MC连接，必须要有个电压方向的鉴别电路，我们用1俪24运算放大器组成了个单限电压比较电路。

　　50，心800为自动动作继电器。

　　阶3阽系统从接插件似的14，15端输出0±10电压，经过硅整流桥，2人整流后接到变频器的，12端。所以不管系统输出的是正向或是反向的电压，输人到富士变频器的接线端子总是12端为正，端为负。满足了富士变频器在速度控制电路端，12输入0到10整流的505端通过，100尺，12，282加在324的反相输入端6.当输人为正时，04324输出端7脚端输出负电压，使300以截止1中间继电器不吸合，的常闭触点接通变铎器的方向控制端，交流电动机正转。而当给定电压为负值时，大约在0.2，左右，324的7脚即输出正压使30，2的极处于正偏，管子饱和导通使吸合，其常开触点接通虹，使电机反转。

　　因为运算放大器的输人阻抗较高，可以在其输入端需接，10.068电容滤波，否则输出继电器会产生干抗震荡，而使电路无法工作，另外在输人端接上，2，03反并联级管进行电压移位，能保护运算放大器。

　　为使中间继电器触点的可靠性提，可使用的小型中间继电器JRX13F，副常开，常闭均并联使用。

　　该装置经改造后，运行很正常，从未发生过故障，因交流电动机不需要更换碳刷及修磨整流子，可以大大地减轻了维修工的工作量，变频调速器及电机均属常用备件，通过改造已使该机床的工作台驱动系统的电气部分备件无后顾之忧了。

　　改造两台设备中有位置编码器的数控直流伺服轴以上两例均是无位置反馈的执行器件，如何改造两台设备中有位置编码器的数控直流伺服轴呢，1交流伺服系统的选型伺服系统在数控设备中对其稳定性可靠性有着重要的作用，在改造中面对品种繁多的品牌，应如何选择呢，目前市场上的交流伺服系统基本可分两类种，第类为模拟技术交流伺系统，第类为数字化交流伺服系统。第类中又将软件交流伺服系统单列种，其功能性能可靠性方便性等无疑领先于其它伺服系统。

　　种伺服在功能上有较大的区别。

　　1模拟交流伺，用途单，因采用模拟技术，仅具有简单的灯光显如伺服正常伺银报蓍等只能接收模拟电压指令信号，缺乏丰窗的自诊断自测量及显功能如不能显电流值指令值电机当前位置故障类别等。

　　2数字化交流伺版与模拟交流伺服在功能上相比具有明显的优势。可以机多用，如作速度，力矩，位置控制，可接收模拟电压指令和脉冲指令自带位置环，各种监控参数均数字方式设定无可调电位器，稳定性好，具有较丰富的自诊断，报警功能，系统参数由厂商出厂或现场由使用者设定，运行较稳定。

　　3软件交流伺服其特点是将各种控制方式如速度力矩位置前馈速度电流力矩位置直接进给牵引控制或不同规格，功率的伺趿电机的毕控程序数据分别嬴以软件代码全部存人机内，使用时可由商家或用户设定软件代码，相关部装置，通过显操作部位键或数码显可方便跟踪观察，调整伺眼系统的各种状态如指令电压值电机电流值负荷率当前位置进给速度故障类别等。无焱外部信号，可自检，试运行，能在数分钟甚至数秒内判断出整机的故障范围。此种伺是目前比较为先进的产品，价格比液数字化交流伺服略高点。日本的伺服系统产品价格性能比优于欧美，较典壅的选择产品有东荣电机株式会社的855，0幻系列，菱电机株式会社的MRJ2SUPER系列0我们选择了菱MR12交淹伺服系统。

　　2菱，1口系统交流伺服系统主要特点1采用紧凑型智能功率模块及优化的散热设计，使伺，驱动器的体积大幅减小。

　　2交流伺服电机采用高热传导性设计用于低惯倨，离铎度使用的场合。

　　3控劁电源独立接线控，电源的接线与主回路的电源分开。当警报发生时主回路的电源会切断，而控匍电仍然处于，1这样可以确认警报信号，正确搡作。

　　4转矩控制功能伺，系统可由用户根据设备的具体情况，在位置速度和速度转矩种控制模式中选择。

　　5停止状态反波动功能采用菱开发的独有的方法，使伺服锁定状态下的微小波动得以克服，适于建立起个稳定的系统。

　　6自动电机识别功能系统将电机识别的信息放入编码器中，也就是使伺服放大器能自动识别驱动的电机。当伺服检测到不匹配，便发出警报，消除出错的可能，并提焱再设定参数。

　　电机编码器的捞出脉冲可设定通过扩展参数可以设定伺，放大器输出时编码器每转周输出的脉冲数，设定范围为5实时自动调整和响应性系统可以无需任何增益调整而自动地配合电机调整到比较优化的设定。实时自动调整的灵敏度可根据机械硬度而改变应设定选择，模型自适应性，高稳当系统的实现成为可能。

　　配备个人计算机界面通过把232串行通信口于个人计算机连接，可以显所监视数据的变化，参数的成批写人储存形和测试运行，3伺贩电机的容董与伺服放大器的选择入技术规格与安装说明书中对如何计算与设备配套的伺，电机容量有详细的说明，在此不再详述。我们的工作是将原设备的直流伺缀系统改造为交流伺服系统，只要在电机功率西配即可，并不需要作太复杂的计箅。如原3705工作台电机为英国00公司产品8号52K850；额定转矩8№n；比较大转速260我们选择中，性中容量HCSF系列伺M电机a号HCSF202与相应的伺板放大器随了22，电机额定输出2额定转矩9.55，1比较大其余各伺，轴均根据原电机的额定转矩，比较大转速选择相应的伺服电机与伺服放大器。

　　4改造实施这两台设备中有位置编码器的数控直流伺服轴中，有内置位置编码器电机与分离式位置编码器电机两种。

　　内置位置编码器电机由原来的位置编码器直接到FANUC 3河主板，改为内置位置编码器电机到伺服放大器分铎后到FANXJC3MC主板，犯7参数为设定伺，放大器输出时编码器每转周输出的脉冲数，根据设备的要求设为⑵分离式位置编码器电机保留原分离式位置编码塍作为系统的位置环，原位置编码器酵主板的接线不变，内置位置编码器到伺服放大器的信号只作为速度环。

　　5改造经验14，03，主板到伺服放大器的模拟给定信号，用金属屏蔽线，并单端接地主板端。以免干扰引起伺服轴漂移。

　　般，如果伺服放大器内部和外部模拟电路中的偏置电压引起了伺，电机在模拟童速度指令，或0模拟比较速度限制时发生缓慢转动，可使用伺服放大器提供的自动，偏置功能，使，置电压自动调到参数队29.如伺趿轴仍潇移，可将模拟给定信号反向同时将决定电机旋转方向码，般都是由于伺服放大器处于连续输出羹薅晷电流过大状态。首先应检，机械传动负荷是否过重，可将伺服放大器的状态显设定在显有效负荷率，监视电机状态并进行机械调整。如无效，则可能是替换的电机功率余量过小。应重新选择匹配的伺，放大器和电机。

　　结束语由上述几个成功的改造实例可以看出，有的放矢地对数控设备的外设进行改造，可以收到，半功倍的效果。改造后的设备运行仍然可靠，保持原有设备的加工精度，满足零件的加工要求。节约了对设备进行全面改造的昂贵费用。从设备改造后运行了多年也可以看到，交流伺系统具有经济功能完善性能优良运行可靠等直流伺服系统无法替代的优点。

　　进入十年代，我国陆续引进了不少进口设备，如何充分的发挥这些梢度，效率进口设备的作用，解决这些设备的维修备件，是摆在维修人员面前的项重要的课铨。我们要尽董根据设备的不同情况，用国内的备件或茵内容易购置的通用塑国外备件来代替留外的特殊备件。经过部分的电气元件的改造，臧少维修的工作量。提高设备，码器