臺達VE系列變頻器在數(shù)控加工中心上的應(yīng)用

摘  要：本文主要介紹臺達VE變頻器在數(shù)控加工中心上的使用情況。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工中心 定位 VE變頻器臺達 脈沖給定

 

　　數(shù)控機床是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵裝備，一個國家數(shù)控機床的產(chǎn)量和技術(shù)水平在某種程度上就代表這個國家的制造業(yè)水平和競爭力。我國數(shù)控機床的技術(shù)水平、性能和質(zhì)量與國外產(chǎn)品比較還有很大差距。高性能加工中心和功能部件大多數(shù)依靠進口。加工中心是數(shù)控技術(shù)的集中體現(xiàn)，市場活躍、需求旺盛，成為當(dāng)前和未來數(shù)控機床市場爭奪的前沿。

　　 加工中心是備有刀庫并能自動更換刀具，對工件進行多工序加工的數(shù)字控制機床。工件經(jīng)一次裝夾后，數(shù)字控制系統(tǒng)能控制機床按不同工序，自動選擇和更換刀具，自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其他輔助機能，依次完成工件幾個面上多工序的加工。加工中心由于工序的集中和自動換刀，減少了工件的裝夾、測量和機床調(diào)整等時間，使機床的切削時間達到機床開動時間的8O％左右(普通機床僅為15～20％)；同時也減少了工序之間的工件周轉(zhuǎn)、搬運和存放時間，縮短了生產(chǎn)周期，具有明顯的經(jīng)濟效益。加工中心適用于零件形狀比較復(fù)雜、精度要求較高、產(chǎn)品更換頻繁的中小批量生產(chǎn)。 第一臺加工中心是1958年由美國卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在數(shù)控臥式鏜銑床的基礎(chǔ)上增加了自動換刀裝置，從而實現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進行銑削、鉆削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。二十世紀70年代以來，加工中心得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了可換主軸箱加工中心，它備有多個可以自動更換的裝有刀具的多軸主軸箱，能對工件同時進行多孔加工。這種多工序集中加工的形式也擴展到了其他類型數(shù)控機床，例如車削中心，它是在數(shù)控車床上配置多個自動換刀裝置，能控制三個以上的坐標，除車削外，主軸可以停轉(zhuǎn)或分度，而由刀具旋轉(zhuǎn)進行銑削、鉆削、鉸孔和攻絲等工序，適于加工復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)體零件。加工中心按主軸的布置方式分為立式和臥式兩類。臥式加工中心一般具有分度轉(zhuǎn)臺或數(shù)控轉(zhuǎn)臺，可加工工件的各個側(cè)面；也可作多個坐標的聯(lián)合運動，以便加工復(fù)雜的空間曲面。立式加工中心一般不帶轉(zhuǎn)臺，僅作頂面加工。此外，還有帶立、臥兩個主軸的復(fù)合式加工中心，和主軸能調(diào)整成臥軸或立軸的立臥可調(diào)式加工中心，它們能對工件進行五個面的加工。加工中心的自動換刀裝置由存放刀具的刀庫和換刀機構(gòu)組成。刀庫種類很多，常見的有盤式和鏈式兩類。鏈式刀庫存放刀具的容量較大。換刀機構(gòu)在機床主軸與刀庫之間交換刀具，常見的為機械手；也有不帶機械手而由主軸直接與刀庫交換刀具的，稱無臂式換刀裝置。為了進一步縮短非切削時間，有的加工中心配有兩個自動交換工件的托板。一個裝著工件在工作臺上加工，另一個則在工作臺外裝卸工件。機床完成加工循環(huán)后自動交換托板，使裝卸工件與切削加工的時間相重合。

 

　　主軸驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的大功率執(zhí)行機構(gòu)，其功能是接受數(shù)控系統(tǒng)(CNC)的S碼速度指令及M碼輔助功能指令，驅(qū)動主軸進行切削加工。主軸的驅(qū)動可以使用交流變頻或交流伺服2種控制方式，一般的交流變頻主軸能夠無級變速但不能準停，需要另外裝設(shè)主軸位置傳感器，配合CNC系統(tǒng)PMC (指數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC)的邏輯程序來完成準停速度控制和定位停止；交流伺服主軸本身即具有準停功能，其自身的軸控PLC信號可直接連接至CNC系統(tǒng)的PMC，配合簡捷的PMC邏輯程序即可完成準停定位控制，且后者的控制精度遠遠高于前者，所以目前大多數(shù)加工中心的主軸驅(qū)動系統(tǒng)采取交流伺服主軸。參考交流伺服主軸的功能，臺達公司開發(fā)出新一代的交流變頻驅(qū)動器——VE變頻器，除了功能和性能完全能夠和交流伺服媲美，而且還具有通用性強以及價格上的優(yōu)勢，通過多次測試深得客戶的認可與喜愛。

　?。?）VE系列變頻器功能和性能的數(shù)控特性。項目客戶為數(shù)控加工中心知名企業(yè)。結(jié)合客戶的要求以及加工中心的特性，臺達專門為數(shù)控加工中心開發(fā)的高性能變頻器----VE系列變頻器功能和性能是非常適合使用在數(shù)控加工中心上的：

　　·通過外部I/O點能夠?qū)崿F(xiàn)快速單點定位，有專門參數(shù)調(diào)整定位時的特性曲線以及定位時間，定為實現(xiàn)方便；

　　·通過專用參數(shù)調(diào)整達到快速加減速的實現(xiàn)；

　　·全新的PDFF控制，使增益的調(diào)整更加簡單方便，易于掌握；

　　·接受模擬量信號和脈沖信號，對上位機的支持更加全面。

（2）測試加工中心配置：

　　 ·數(shù)控系統(tǒng)：臺灣新代數(shù)控系統(tǒng)SYNTEC 9401；

　　 ·主軸規(guī)格：無錫博華電機8kw/最大頻率600hz-12000rpm/6P/380V/450hz/25A，編碼器+5V/GND/+A/-A/+B/-B/+Z/-Z/512ppr；

　　·變頻器規(guī)格：075V43A-2+EMV-PG01L，軟件版本9.98測試版，制動電阻1500W/75ohm。

　?。?）變頻器電氣設(shè)計：參見圖1。

圖1 變頻器配線圖

　?。?）將電機參數(shù)設(shè)置到變頻器，作電機動態(tài)自整定。要想將VE系列變頻器的高性能發(fā)揮出來，準確的電機參數(shù)是基礎(chǔ)。首先將基本參數(shù)填入到變頻器相關(guān)位置：

　?。?）解決一個有趣的工程問題。在以上數(shù)據(jù)中，電機額定轉(zhuǎn)速05-03是電機廠家銘牌沒有提供，詢問電機廠家也不是很清楚。這種情況下，由于電機本身帶編碼器，通過VF控制，將變頻器運行到450hz，觀察變頻器中提供的r狀態(tài)，電機實際轉(zhuǎn)速為8900rpm左右，將測的數(shù)據(jù)填入到05-03。電機額定電流25A，075V43A-2變頻器額定電流只有18A，所以只能將電動機額定電流盡可能的調(diào)整到最大（最大為21.6A）填入05-01參數(shù)。

　　將參數(shù)5-00=1，然后按面板”RUN”作動態(tài)整定。

 

Pr. No	MODBUS	Description	Unit	Data
05-00	0500H	Auto-Tuning SEL		1

整定后電機參數(shù)為:

Pr. No	MODBUS	Description	Unit	Data
05-01	0501H	Motor1 Rated A	Amps	21.60
05-02	0502H	Motro1 Rated P	Kw	8.00
05-03	0503H	Motor1 Rated	RPM	8900
05-04	0504H	Motor1 Poles		6
05-05	0505H	Motor1 No-Load	Amps	5.50
05-06	0506H	Motor1 Rs	ohm	1.183
05-07	0507H	Motor1 Rr	ohm	0.472
05-08	0508H	Motor1 Lm	mH	18.6
05-09	0509H	Motor1 Lx	mH	7.3

圖2（F=590，11-05=180）加速曲線

　　（4）作慣量估測以及ASR自動調(diào)整。將參數(shù)11-00=2，F(xiàn)=200HZ，01-12=01-13=1，正反轉(zhuǎn)后測得慣量參數(shù)為49，之后將11-01=1，觀察電機剛性，并對相應(yīng)參數(shù)作修改。

Pr. No	MODBUS	Description	Unit	Data
11-00	0B00H	System Control		1
11-01	0B01H	System Jm	PU	49
11-11	0B0BH	Zero SP Loop BW	Hz		25

Pr. No	MODBUS	Description	Unit	Data
10-19	0A13H	PG Position Home		789
10-20	0A14H	PG Attained Home		5
10-21	0A15H	Zero SPD Loop Kp		500.0
10-22	0A16H	Zero SPD Loop Ki	sec	0.050
10-24	0A18H	APR Decel Time	sec	0.20