在数控车床主轴上变频器的应用

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1 引言
　　数控机床的发展水平和在金属切削机床中所占的百分比，是衡量一个国家工业发展水平和制造水平的一个重要标志。数控车床是数控机床中的重要一种。经过多年的发展，国内数控车床已经发展出平床身，斜床身等多种规格，并且在制造业中广泛应用。目前数控车床的主轴已经广泛采用变频调速控制，甚至异步伺服控制，大大提高了加工效率。本文主要阐述普传变频器在平床身数控车床上的应用。
　　2 平床身数控车床主轴的要求简介
　　主轴是车床上的重要组成部分，主轴的转速以及转矩对于加工效率，加工工件的范围以及工件的加工精度，都起着至关重要的作用。普通车床采用普通交流异步电机以及齿轮箱传动，实现多档有级变速，切换转速时，一般需要停止主轴通过换挡来实现。为提高效率，数控车床采用变频调速技术，大大简化了齿轮箱，实现了无级调速。
　　6136 型数控车床主轴电动机参数如下：
　　选用电机型号：VFG132A-50-5.5
　　额定功率:5.5kW;
　　额定频率:50Hz;
　　额定电压:380V;
　　额定电流:13A;
　　额定转速:1400r/min;
　　机械传动比:2:3;
　　加工材料:45#钢;
　　实际测试性能指标:
　　主轴转速:200r/min(变频器运行频率9～10Hz);
　　主轴转速:450r/min(变频器运行频率22Hz左右)的进刀性能及速度。
　　3 普传变频器特点
　　选用普传变频器PI7600,具有如下特点：
　　⑴ 控制系统为基于DSP 的高性能矢量控制变频器，波形产生方式为异步空间矢量PWM，
　　⑵ 提供标准的DC0～10V范围可调整，DC0～20mA范围可调整，能够与大多数数控系统接口兼容，通用性强;
　　⑶ 电压允许波动范围：±15%;频率允许波动范围：±5%
　　⑷ 过载能力：额定电流150%-1 分钟，额定电流200%-0.1 秒
　　⑸ 转差补偿：0～10%，自动转差补偿
　　⑹ 提供多功能的输出端子信号，多达6路输出信号，每路有32种信号可供选择
　　4 变频器的连接与参数调整
　　客户选配电机为5.5KW/50Hz/380V，选用变频器型号为PI76005R5G3，制动电阻780W/75Ω;变频器V2/V3端子提供与数控系统速度模拟量，V2接数控系统模拟量接口正信号，V3接负信号，信号为0-10V模拟电压信号，控制主轴转速。FWD/REV/COM为变频器的正转/反转信号端子，通常由数控系统发出正转信号FWD 或者反转REV，来驱动中间继电器，中间继电器的常开接点接入变频器FWD/COM 或者REV/COM，从而控制变频器的正反转。

　　调试参数：
　　1、电机参数调整(按照电机铭牌设置)
　　电机参数调整应该在设置电流环参数之前。
　　b00=2，4 极电机
　　b01=13，电机额定电流13A，该参数设定后，电流环参数和电机参数会自动设置为Y系列4极电机的参数，所以设定后如需更改，请相应修改电流环参数和电机参数。
　　b02=380V，电机额定电压380V
　　b03=1400rpm，电机额定转速1400rpm
　　b04=50Hz，电机额定频率
　　b10=2500，PG 脉冲数(按照编码器铭牌设置)
　　b12，PG 旋转方向，需要手动测试确定。
　　特别需要注意，由于矢量控制需要提供电机参数(阻抗)，变频器提供电机参数自整定功能b13，选择b13=1，通过面板运行键，变频器会自动运行。自动运行过程中，除了计算出电机参数以外，还能够检测出空载电流，这几个参数对于矢量控制能够表现出较高的性能非常重要，这个过程会持续十几秒钟时间。在执行自整定功能前，一定要确认电机侧是否没有任何连接，包括减速皮带。
　　2、PG 方向确定和电机方向确定
　　PG 的方向需要手动测量
　　F01=2，带PG 矢量控制模式
　　F02=5Hz，给定频率5Hz
　　F09=5S，加速时间5S
　　F10=5S，减速时间5S
　　手动运行，如果电机可以正常运行到5Hz，表示b12PG 旋转方向设定正确。
　　如果电机只能运行在1Hz 以下，表示PG旋转方向需要更改。
　　电机方向确定给定正转运行命令
　　如果电机正转，表示电机方向设定正确。
　　如果电机反转，表示电机方向与命令方向相反，需要更改端子的命令，将FWD 和REV 的
　　接线端子对调。
　　3、矢量参数调整
　　F01=2，带PG 矢量控制模式
　　F04=1，V2 给定
　　F05=3，端子台控制
　　F09=0.5S，加速时间(根据客户的要求)
　　F10=0.1S，减速时间(根据客户的要求)
　　F13=175Hz，对应于模拟信号10V 输入时变频器的输出频率，由于是在0-3500rpm范围内
　　调速，将机械减速比折算进去以后，此参数需要设置为175HZ
　　F14=50Hz，基本频率
　　F15=8KHz，载波频率
　　F17=175Hz，上限频率
　　F18=10%，S曲线加速起始段
　　F19=5%，S曲线减速起始段
　　F27=1，自由停车模式
　　F42=1，有过压失速保护功能
　　F43=1，有电流限幅功能
　　F48=3，故障重复次数3次
　　F49=0.5S，故障恢复时间
　　5 测试结论
　　变频器的转速由外部模拟量信号来控制，根据加工工艺(如;粗加工、www.vtoall.com精加工等)需要不同的转速，可由数控系统输出不同的模拟量电压信号，调节不同的转速。启停信号以及报警信号处理等均由数控系统控制，提高自动化程度。自动转矩提升功能，即使在低转速(低频)运行下也能平稳输出100%的转矩，满足不同零件的加工需要，完全可以取代传统的滚动轴承主轴结构，并且此主轴结构简单、紧凑、可以实现真正的无级调速。较宽的电压波动范围和转速追踪功能，可适应用户电网波动。主轴电机采用普传变频器驱动，完全能够满足加工要求，提高了机床的加工效率。