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英威騰Goodrive35變頻器在數控車床上的應用
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   :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
1.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。
2.現場工況
2.1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
2.2實景圖片

 

       圖(1)數控車床                圖(2)應用在數控車床上的Goodrive35

 

3.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。

4.調試過程及實際效果

4.1 接線圖


 圖(3)CNC數控系統與Goodrive35接線示意圖


4.2 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。 

4.3 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

5.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。


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