艾默生EV6000高性能變頻器在電主軸上的應用

1 引言

　　EV6000 變頻器作為艾默生CT新一代高性能變頻器，采用先進的控制策略實現了真正意義上的高精度磁通矢量轉矩控制，無論是有PG 運行還是無PG 運行，均達到業界領先的控制水準。同步電機驅動與異步電機驅動的一體化，轉矩控制、速度控制、位置控制的一體化，使得EV6000 成為業界少有的具有優異控制性能的一體化驅動器，滿足客戶應用的高性能化需求。電主軸是數控機床的重要部件，傳統機床主軸是通過傳動裝置帶動主軸旋轉而工作的。電主軸是電機內裝式主軸單元的簡稱。其主要特點是將電機置于主軸內部，通過驅動電源直接驅動主軸進行工作，實現了電機、主軸的一體化功能，進行切削加工。它具有結構緊湊，機械效率高，噪聲低，振動小，精度高，運行平穩，沒有沖擊的特點，能夠使主軸軸承壽命得到延長。通過EV6000機床專用版本內置的機床專用功能，可以完成動態高精度同步跟蹤，分度，準停，零速鎖定等功能。其優異的性能，豐富的功能完全能夠滿足數控加工中心主軸控制的工藝和精度要求。

2 伺服電主軸系統原理

　　交流伺服主軸驅動系統由主軸控制器、主軸驅動單元、主軸電動機和檢測主軸速度與位置的編碼器４部分組成，主要完成閉環速度控制，但當主軸準停時則完成閉環位置控制。主軸驅動單元的位置控制與速度控制均由內部的高速信號處理器及控制系統實現，其原理框圖如圖1所示。圖中CNC系統向主軸驅動單元發出速度指令或位置指令，驅動單元根據該指令執行相應的速度與位置控制。與此同時，CNC控制器也接收來自于主軸電機編碼器的分頻輸出（或終端傳感器的輸出信號）來對其指令進行校正，當然，此信號也用于系統過程偏差的檢測，如速度偏差過大等。

　　為方便起見，我們以一實際的電主軸系統為例進行描述。在該系統中，CNC控制器采用的是臺灣LNCT520i主軸控制器，驅動器使用EV6000高性能機床專用版本變頻器＋PGABS選件卡(帶分頻輸出的編碼器接口卡)，電機使用的是山東某廠家的JSZD150A-8/3C電動馬達，出場配置2048RPM差分增量式編碼器。整個系統接線框圖如圖2：

圖2：電主軸系統接線框圖

　　LNCT520i主軸控制器通過PA+/PA-和PB+/PB-正交脈沖信號向EV6000發出速度和位置信號，同時也包含著方向信號。EV6000配置有PGABS編碼器選件卡，該卡既接收主軸控制器脈沖給定，又接收來自電機的編碼器反饋信號，同時對編碼器信號進行分頻，反饋到主軸控制器。EV6000工作在伺服模式。系統的性能主要決定于驅動器和電機的性能。下面仔細介紹系統各個組件。

　　（一）主軸電機：電機型號為JSZD150A-8/3C，內置2048RPM, 5V差分編碼器。廠家給定的技術參數與曲線如下:

表一：電機廠家參數

（二）EV6000變頻器＋PGABS測速卡

　　EV60－PGABS 測速卡是EV6000 系列變頻器的選件，提供如下功能：1．編碼器接口PG1，支持差分ABZ、UVW 信號，作為速度或位置反饋。2．PG1 的脈沖分頻輸出，可用于速度或位置同步。3．脈沖指令接口PG2，可接收上一級裝置的脈沖指令，用于速度或位置同步。