英威騰Goodrive35變頻器在數(shù)控車床上的應(yīng)用
2011/12/7 16:41:19
英威騰電氣股份有限公司 李遠(yuǎn)遠(yuǎn)
摘 要：數(shù)控車床又稱為CNC車床，即計算機數(shù)字控制車床，是目前國內(nèi)使用量最大，覆蓋面最廣的一種數(shù)控機床，約占數(shù)控機床總數(shù)的25%。數(shù)控車床主要用于加工軸類和回轉(zhuǎn)體零件，能自動完成內(nèi)外圓柱面、圓弧面、端面、螺紋等工序的切削加工，適合于加工形狀復(fù)雜、精度要求高的軸類或盤類零件。本文以某公司數(shù)控車床主軸電機采用英威騰Goodrive35變頻器控制為例，詳細(xì)講述數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)、工藝特性，以及Goodrive35變頻器應(yīng)用在數(shù)控車床上的優(yōu)越性。
關(guān)鍵詞：Goodrive35 數(shù)控車床 變頻器 閉環(huán)矢量 主軸定位
一、數(shù)控車床簡介
數(shù)控車床又稱為CNC（Computer numerical control）車床，是一種由程序控制的自動化機床。數(shù)控車床主要用于加工軸類和回轉(zhuǎn)體零件，能自動完成內(nèi)外圓柱面、圓弧面、端面、螺紋等工序的切削加工，適合于加工形狀復(fù)雜、精度要求高的軸類或盤類零件。數(shù)控車床主要由主機、數(shù)控裝置、驅(qū)動裝置以及輔助裝置等幾大部分組成。
主機，它是數(shù)控車床的主體，包括機床身、立柱、主軸、進(jìn)給機構(gòu)等機械部件。數(shù)控裝置，它是數(shù)控車床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等）以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。驅(qū)動裝置，它是數(shù)控車床執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、進(jìn)給單元、主軸電機及進(jìn)給電機等。輔助裝置，是指數(shù)控車床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機床的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。
二、現(xiàn)場工況
1、主軸電機參數(shù)
|
電機類型 |
變頻異步電機 |
額定功率 |
2.2KW |
額定轉(zhuǎn)速 |
1430r/min |
|
額定電壓 |
380V |
額定電流 |
6.0A |
額定頻率 |
50HZ |
|
控制方式 |
端子控制 |
頻率給定方式 |
模擬量給定(0-10V) |
控制模式 |
閉環(huán)矢量控制模式 |
2、實景圖片
三、工藝要求及變頻器配置
數(shù)控車床主軸電機需要變頻器在起停時要快且平穩(wěn)，電機無尖叫聲，無明顯抖動。轉(zhuǎn)矩響應(yīng)要快，穩(wěn)速精度要高；抗干擾能力強，同時維修要方便。電機最大轉(zhuǎn)速要求達(dá)到3000r/min，現(xiàn)場速度脈沖編碼器安裝在車床主軸上面，車床主軸和主軸電機之間通過同步皮帶連接，且皮帶輸入輸出帶輪直徑比值為1：1。同時，車床主軸要求實現(xiàn)定位控制，當(dāng)一個工件加工好后，車床主軸要回到初始位置，此時，將加工好的工件取下，重新裝上一個待加工工件。
針對上述工藝要求，我司特選用高性能閉環(huán)矢量主軸定位專用變頻器Goodrive35，功率等級為4KW，型號為GD35-004G-4-A1。
四、調(diào)試過程及實際效果
1、現(xiàn)場接線示意圖
圖（3）CNC數(shù)控系統(tǒng)與Goodrive35接線示意圖
2、調(diào)試過程及使用效果
（1）編碼器參數(shù)及方向設(shè)定
CNC數(shù)控系統(tǒng)、變頻器和速度脈沖編碼器之間的連線接好后，然后測試編碼器。設(shè)置編碼器線數(shù)P20.01，設(shè)置P00.00=2，P00.10=20Hz，運行電機，此時電機旋轉(zhuǎn)為20Hz，觀察P18.00的測速值應(yīng)接近20Hz，如果測速值為負(fù)，則表明編碼器方向反向了，設(shè)置P20.02=1即可，如果測速值偏差較大，則表明P20.01設(shè)置錯誤。觀察P18.02 Z脈沖計數(shù)值是否波動，如果波動，表明編碼器有干擾或者P20.01設(shè)置錯誤，檢查接線及屏蔽線是否良好接地。
（2）電機參數(shù)自學(xué)習(xí)
記錄電機銘牌參數(shù)，然后設(shè)置參數(shù)P02.00~P02.05。設(shè)置P00.00=1，開環(huán)矢量運行模式，并設(shè)置參數(shù)P00.15=1（旋轉(zhuǎn)參數(shù)自學(xué)習(xí)），同時給運行命令，電機會先靜止然后再旋轉(zhuǎn)到2/3的額定轉(zhuǎn)速，自學(xué)習(xí)完成后，自動停機，鍵盤顯示-END-，并且將學(xué)習(xí)得到的參數(shù)保存在P2組電機參數(shù)P02.06~P02.10中。
注：進(jìn)行上述動態(tài)自學(xué)習(xí)時需要把電機軸與機械負(fù)載脫開，而進(jìn)行靜態(tài)自學(xué)習(xí)則不需要脫開機械負(fù)載。
（3）試運行電機
設(shè)置P00.00=3，閉環(huán)矢量控制模式，同時設(shè)置運行指令通道及頻率給定源。調(diào)整加減速時間及P3組速度環(huán)及電流環(huán)PI參數(shù)，使之在整個范圍內(nèi)運行平穩(wěn)。
（4）端子功能設(shè)定
參考說明書P5,P6組輸入輸出端子功能進(jìn)行端子功能的設(shè)定。注：Goodrive35說明文檔由Goodrive300產(chǎn)品說明書和Goodrive35附加說明書共同組成。
車床主軸加工工件時，轉(zhuǎn)速要求設(shè)定為850r/min，采用閉環(huán)矢量控制模式，轉(zhuǎn)速波動小，穩(wěn)速精度高。電機無異常噪音，無明顯抖動。當(dāng)一個工件加工完成后，切換到定位模式，主軸可以精準(zhǔn)地回到最始位置。Goodrive35主軸定位專用變頻器在數(shù)控車床上的應(yīng)用，完全可以滿足客戶需求。
3、變頻器典型參數(shù)設(shè)置
|
序號 |
功能代碼 |
名稱 |
設(shè)定值 |
說明 |
|
1 |
P00.00 |
速度控制模式 |
3 |
閉環(huán)矢量模式 |
|
2 |
P00.01 |
運行指令通道 |
1 |
端子運行通道 |
|
3 |
P00.03 |
最大輸出頻率 |
100HZ |
|
|
4 |
P00.04 |
運行頻率上限 |
100HZ |
|
|
5 |
P00.06 |
A頻率指令選擇 |
1 |
模擬量AI1 |
|
6 |
P00.11 |
加速時間1 |
1S |
|
|
7 |
P00.12 |
減速時間1 |
2S |
|
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8 |
P01.13 |
正反轉(zhuǎn)死區(qū)時間 |
1S |
|
|
9 |
P05.01 |
S1端子功能選擇 |
1 |
正轉(zhuǎn)運行 |
|
10 |
P05.02 |
S2端子功能選擇 |
2 |
反轉(zhuǎn)運行 |
|
11 |
P05.03 |
S3端子功能選擇 |
45 |
主軸回零 |
|
12 |
P06.04 |
繼電器RO2輸出選擇 |
5 |
變頻器故障 |
|
13 |
P22.00 |
主軸定位模式選擇 |
41 |
主軸定位使能；脈沖有效 |
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14 |
P22.01 |
主軸準(zhǔn)停速度 |
5HZ |
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15 |
P20.02 |
編碼器方向 |
0或1 |
調(diào)整編碼器方向 |
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16 |
P22.03 |
主軸零點位置 |
0～4096 |
調(diào)整零點位置 |
五、結(jié)論
之前，數(shù)控車床主軸定位功能是由伺服驅(qū)動器來完成。采用英威騰主軸定位專用變頻器Goodrive35替代伺服驅(qū)動器后，性能優(yōu)良，具有伺服驅(qū)動器主軸定位控制的同樣效果，并能大大降低數(shù)控車床的成本。