基于永磁交流伺服电机的拉床多轴同步控制系统研究

【摘要】拉床主要分为液压驱动拉床和电机驱动拉床，随着工业水平的发展，生产加工的要求越来越高，液压驱动拉床日益不能满足零件加工要求。因此，国外学者对拉床进行了深入的研究，引入高性能的交流伺服技术，研制出交流伺服驱动拉床，使得拉床加工水平得到很大改善。国外主要以日本株式会社公司和德国克林克公司最为成功，研制出负载力高达160吨的高性能伺服驱动拉床，采用实时性较好的数控系统和多电机驱动方式，其自动化程度高，可拉削负载力大，通用性和实时性好。国内拉床基本以液压拉床为主，交流伺服驱动拉床仅有少数几家公司开始研制，而且其可拉削负载力均小于20吨，性能差，技术远远落后与国外。国外对拉床技术封锁又相对严重，进口国外机床设备成本又极其昂贵，因此急需自主研制大负载力高性能伺服驱动拉床，力争打破国外技术垄断。本文对拉床的国内外研究现状进行了介绍，并以永磁交流同步电机为执行元件，立式内拉床为实验对象，采用PLC为控制核心，结合高性能交流伺服技术研究实现了基于永磁交流伺服电机的拉床多轴同步控制系统。首先对液压拉床和交流伺服驱动拉床优缺点进行了对比分析，确立交流伺服驱动拉床的研究意义，并对本文拉床控制系统采用的交流伺服技术进行研究，详细介绍了永磁交流同步电机控制原理和矢量控制技术。然后，对立式内拉床工作原理进行分析，基于立式内拉床结构给出了详细的控制系统设计方案，整个控制系统方案包含硬件设计方案和软件设计方案：硬件设计主要包括主溜板驱动模式设计，辅溜板驱动模式设计和上位机控制系统设计；软件设计主要包括系统控制程序设计，调试界面设计和工序界面设计。最后，基于立式内拉床机构对控制系统方案进行了实验测试，分别对同步性能，控制系统稳定性能和整机的性能指标进行了试验测试，试验结果表明本文设计的拉床控制系统拥有良好的稳定性和同步性能，而且整机性能结果均达到设计之初的预期目标。文章最后对整个拉床系统设计方案进行了分析，结合调试过程中的问题，对本拉床控制系统方案提出了优化改进方案。本文提出的基于永磁交流伺服电机多轴同步控制型拉床控制系统方案，是国内将多电机驱动技术应用到拉床上的初次尝试。
【作者】邓雄飞；
【导师】胡旭东；鲁文其；
【作者基本信息】浙江理工大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】交流伺服驱动拉床；多电机驱动；立式内拉床；主溜板驱动模式；同步性能；

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