英威騰Goodrive35變頻器在數控車床上的應用
2011/12/7 16:41:19
英威騰電氣股份有限公司 李遠遠
摘 要：數控車床又稱為CNC車床，即計算機數字控制車床，是目前國內使用量最大，覆蓋面最廣的一種數控機床，約占數控機床總數的25%。數控車床主要用于加工軸類和回轉體零件，能自動完成內外圓柱面、圓弧面、端面、螺紋等工序的切削加工，適合于加工形狀復雜、精度要求高的軸類或盤類零件。本文以某公司數控車床主軸電機采用英威騰Goodrive35變頻器控制為例，詳細講述數控車床的結構、工藝特性，以及Goodrive35變頻器應用在數控車床上的優越性。
關鍵詞：Goodrive35 數控車床 變頻器 閉環矢量 主軸定位
一、數控車床簡介
數控車床又稱為CNC（Computer numerical control）車床，是一種由程序控制的自動化機床。數控車床主要用于加工軸類和回轉體零件，能自動完成內外圓柱面、圓弧面、端面、螺紋等工序的切削加工，適合于加工形狀復雜、精度要求高的軸類或盤類零件。數控車床主要由主機、數控裝置、驅動裝置以及輔助裝置等幾大部分組成。
主機，它是數控車床的主體，包括機床身、立柱、主軸、進給機構等機械部件。數控裝置，它是數控車床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等）以及相應的軟件，用于輸入數字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數據的變換、插補運算以及實現各種控制功能。驅動裝置，它是數控車床執行機構的驅動部件，包括主軸驅動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。輔助裝置，是指數控車床的一些必要的配套部件，用以保證數控機床的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監測等。
二、現場工況
1、主軸電機參數
|
電機類型 |
變頻異步電機 |
額定功率 |
2.2KW |
額定轉速 |
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 |
閉環矢量控制模式 |
2、實景圖片
三、工藝要求及變頻器配置
數控車床主軸電機需要變頻器在起停時要快且平穩，電機無尖叫聲，無明顯抖動。轉矩響應要快，穩速精度要高；抗干擾能力強，同時維修要方便。電機最大轉速要求達到3000r/min，現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，車床主軸要求實現定位控制，當一個工件加工好后，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、調試過程及實際效果
1、現場接線示意圖
圖（3）CNC數控系統與Goodrive35接線示意圖
2、調試過程及使用效果
（1）編碼器參數及方向設定
CNC數控系統、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。設置編碼器線數P20.01，設置P00.00=2，P00.10=20Hz，運行電機，此時電機旋轉為20Hz，觀察P18.00的測速值應接近20Hz，如果測速值為負，則表明編碼器方向反向了，設置P20.02=1即可，如果測速值偏差較大，則表明P20.01設置錯誤。觀察P18.02 Z脈沖計數值是否波動，如果波動，表明編碼器有干擾或者P20.01設置錯誤，檢查接線及屏蔽線是否良好接地。
（2）電機參數自學習
記錄電機銘牌參數，然后設置參數P02.00~P02.05。設置P00.00=1，開環矢量運行模式，并設置參數P00.15=1（旋轉參數自學習），同時給運行命令，電機會先靜止然后再旋轉到2/3的額定轉速，自學習完成后，自動停機，鍵盤顯示-END-，并且將學習得到的參數保存在P2組電機參數P02.06~P02.10中。
注：進行上述動態自學習時需要把電機軸與機械負載脫開，而進行靜態自學習則不需要脫開機械負載。
（3）試運行電機
設置P00.00=3，閉環矢量控制模式，同時設置運行指令通道及頻率給定源。調整加減速時間及P3組速度環及電流環PI參數，使之在整個范圍內運行平穩。
（4）端子功能設定
參考說明書P5,P6組輸入輸出端子功能進行端子功能的設定。注：Goodrive35說明文檔由Goodrive300產品說明書和Goodrive35附加說明書共同組成。
車床主軸加工工件時，轉速要求設定為850r/min，采用閉環矢量控制模式，轉速波動小，穩速精度高。電機無異常噪音，無明顯抖動。當一個工件加工完成后，切換到定位模式，主軸可以精準地回到最始位置。Goodrive35主軸定位專用變頻器在數控車床上的應用，完全可以滿足客戶需求。
3、變頻器典型參數設置
|
序號 |
功能代碼 |
名稱 |
設定值 |
說明 |
|
1 |
P00.00 |
速度控制模式 |
3 |
閉環矢量模式 |
|
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 |
|
|
8 |
P01.13 |
正反轉死區時間 |
1S |
|
|
9 |
P05.01 |
S1端子功能選擇 |
1 |
正轉運行 |
|
10 |
P05.02 |
S2端子功能選擇 |
2 |
反轉運行 |
|
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 |
|
14 |
P22.01 |
主軸準停速度 |
5HZ |
|
|
15 |
P20.02 |
編碼器方向 |
0或1 |
調整編碼器方向 |
|
16 |
P22.03 |
主軸零點位置 |
0～4096 |
調整零點位置 |
五、結論
之前，數控車床主軸定位功能是由伺服驅動器來完成。采用英威騰主軸定位專用變頻器Goodrive35替代伺服驅動器后，性能優良，具有伺服驅動器主軸定位控制的同樣效果，并能大大降低數控車床的成本。