普傳變頻器在數控車床主軸上的應用

　　1 引言

　　數控機床的發展水平和在金屬切削機床中所占的百分比，是衡量一個國家工業發展水平和制造水平的一個重要標志。數控車床是數控機床中的重要一種。經過多年的發展，國內數控車床已經發展出平床身，斜床身等多種規格，并且在制造業中廣泛應用。目前數控車床的主軸已經廣泛采用變頻調速控制，甚至異步伺服控制，大大提高了加工效率。本文主要闡述普傳變頻器在平床身數控車床上的應用。

　　2 平床身數控車床主軸的要求簡介

　　主軸是車床上的重要組成部分，主軸的轉速以及轉矩對于加工效率，加工工件的范圍以及工件的加工精度，都起著至關重要的作用。普通車床采用普通交流異步電機以及齒輪箱傳動，實現多檔有級變速，切換轉速時，一般需要停止主軸通過換擋來實現。為提高效率，數控車床采用變頻調速技術，大大簡化了齒輪箱，實現了無級調速。
　　6136 型數控車床主軸電動機參數如下：
　　選用電機型號：VFG132A-50-5.5
　　額定功率:5.5kW;
　　額定頻率:50Hz;
　　額定電壓:380V;
　　額定電流:13A;
　　額定轉速:1400r/min;
　　機械傳動比:2:3;
　　加工材料:45#鋼;
　　實際測試性能指標:
　　主軸轉速:200r/min(變頻器運行頻率9～10Hz);
　　主軸轉速:450r/min(變頻器運行頻率22Hz左右)的進刀性能及速度。

　　3 普傳變頻器特點

　　選用普傳變頻器PI7600,具有如下特點：
　　⑴ 控制系統為基于DSP 的高性能矢量控制變頻器，波形產生方式為異步空間矢量PWM，
　　⑵ 提供標準的DC0～10V范圍可調整，DC0～20mA范圍可調整，能夠與大多數數控系統接口兼容，通用性強;
　　⑶ 電壓允許波動范圍：±15%；頻率允許波動范圍：±5%
　　⑷ 過載能力：額定電流150%－1 分鐘，額定電流200%－0.1 秒
　　⑸ 轉差補償：0～10%，自動轉差補償
　　⑹ 提供多功能的輸出端子信號，多達6路輸出信號，每路有32種信號可供選擇

　　4 變頻器的連接與參數調整

　　客戶選配電機為5.5KW/50Hz/380V，選用變頻器型號為PI76005R5G3，制動電阻780W/75Ω；變頻器V2/V3端子提供與數控系統速度模擬量，V2接數控系統模擬量接口正信號，V3接負信號，信號為0-10V模擬電壓信號，控制主軸轉速。FWD/REV/COM為變頻器的正轉/反轉信號端子，通常由數控系統發出正轉信號FWD 或者反轉REV，來驅動中間繼電器，中間繼電器的常開接點接入變頻器FWD/COM 或者REV/COM，從而控制變頻器的正反轉。

　　調試參數：

　　1、電機參數調整（按照電機銘牌設置）
　　電機參數調整應該在設置電流環參數之前。
　　b00＝2，4 極電機
　　b01＝13，電機額定電流13A，該參數設定后，電流環參數和電機參數會自動設置為Y系列4極電機的參數，所以設定后如需更改，請相應修改電流環參數和電機參數。
　　b02＝380V，電機額定電壓380V
　　b03＝1400rpm，電機額定轉速1400rpm
　　b04＝50Hz，電機額定頻率
　　b10＝2500，PG 脈沖數（按照編碼器銘牌設置）
　　b12，PG 旋轉方向，需要手動測試確定。
　　特別需要注意，由于矢量控制需要提供電機參數（阻抗），變頻器提供電機參數自整定功能b13，選擇b13=1，通過面板運行鍵，變頻器會自動運行。自動運行過程中，除了計算出電機參數以外，還能夠檢測出空載電流，這幾個參數對于矢量控制能夠表現出較高的性能非常重要，這個過程會持續十幾秒鐘時間。在執行自整定功能前，一定要確認電機側是否沒有任何連接，包括減速皮帶。

　　2、PG 方向確定和電機方向確定
　　PG 的方向需要手動測量
　　F01＝2，帶PG 矢量控制模式
　　F02＝5Hz，給定頻率5Hz
　　F09＝5S，加速時間5S
　　F10＝5S，減速時間5S
　　手動運行，如果電機可以正常運行到5Hz，表示b12PG 旋轉方向設定正確。
　　如果電機只能運行在1Hz 以下，表示PG旋轉方向需要更改。
　　電機方向確定給定正轉運行命令
　　如果電機正轉，表示電機方向設定正確。
　　如果電機反轉，表示電機方向與命令方向相反，需要更改端子的命令，將FWD 和REV 的
　　接線端子對調。

　　3、矢量參數調整
　　F01＝2，帶PG 矢量控制模式
　　F04＝1，V2 給定
　　F05＝3，端子臺控制
　　F09＝0.5S，加速時間（根據客戶的要求）
　　F10＝0.1S，減速時間（根據客戶的要求）
　　F13＝175Hz，對應于模擬信號10V 輸入時變頻器的輸出頻率，由于是在0-3500rpm范圍內
　　調速，將機械減速比折算進去以后，此參數需要設置為175HZ
　　F14＝50Hz，基本頻率
　　F15＝8KHz，載波頻率
　　F17＝175Hz，上限頻率
　　F18＝10％，S曲線加速起始段
　　F19＝5％，S曲線減速起始段
　　F27＝1，自由停車模式
　　F42＝1，有過壓失速保護功能
　　F43＝1，有電流限幅功能
　　F48＝3，故障重復次數3次
　　F49＝0.5S，故障恢復時間

　　5 測試結論

　　變頻器的轉速由外部模擬量信號來控制，根據加工工藝(如;粗加工、精加工等)需要不同的轉速，可由數控系統輸出不同的模擬量電壓信號，調節不同的轉速。啟停信號以及報警信號處理等均由數控系統控制，提高自動化程度。自動轉矩提升功能，即使在低轉速（低頻）運行下也能平穩輸出100%的轉矩，滿足不同零件的加工需要，完全可以取代傳統的滾動軸承主軸結構，并且此主軸結構簡單、緊湊、可以實現真正的無級調速。較寬的電壓波動范圍和轉速追蹤功能，可適應用戶電網波動。主軸電機采用普傳變頻器驅動，完全能夠滿足加工要求，提高了機床的加工效率。