ot;display: block;"> 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
1引言 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(jì)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(biāo),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(biāo)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?zhǔn)絻深悺ｆ準(zhǔn)降稁齑娣诺毒叩娜萘枯^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。
2數(shù)控機床主軸驅(qū)動 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(zhǔn)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(zhǔn)停速度控制和定位停止；交流伺服主軸本身即具有準(zhǔn)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(zhǔn)停定位控制,且后者的控制精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(rèn)可與喜愛。
3臺達VE變頻主軸驅(qū)動系統(tǒng)3.1系統(tǒng)設(shè)計要求
(1)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)SYNTEC9401；
?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,軟件版本測試版,制動電阻1500W/75ohm。
3.2主軸變頻系統(tǒng)設(shè)計
(1)變頻器電氣設(shè)計:參見圖1。
圖1變頻器配線圖
3.3變頻器參數(shù)設(shè)計步驟
(1)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(zhǔn)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:
(2)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)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。
使用面板運行。首先將F=550,運行后發(fā)現(xiàn)不論啟動過程還是停止過程,當(dāng)輸出頻率到達450HZ左右時就不按照加減速時間來變化,變化非常緩慢。當(dāng)出現(xiàn)以上現(xiàn)象時,可以通過調(diào)整參數(shù)11-05(M1IdsRefLimit)來解決,將11-05從出廠值90改為110后加減速過程正常。
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=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。
參見圖1,MI1為單點定位,MI2為第一/第二加減速時間切換,MI3為脈沖位置命令輸入使能做單點定位時,FWD/MI1閉合,變頻器做定位動作。有如下參數(shù)對定位的靈敏程度以及定位時停止位置有關(guān)系,調(diào)整位置時可以將主軸停止在需要定位的位置并且觀察面板上的G狀態(tài)值,確定位置正確后將觀察到得G值填入到10-19中；定位過程的靈敏程度通過調(diào)整10-21/10-22來改變,10-21越大,10-22越小,反映越快,定位過程越短；10-21越小,10-22越大,反映越慢,定位過程也越長。
目前脈沖控制提供兩種模式:速度模式以及位置模式。當(dāng)工作在速度模式下,只需要將頻率來源信號設(shè)置為脈沖給定,并且按照上位機提供的脈沖信號設(shè)置給定方式；如果變頻器需要工作在脈沖位置命令模式,除了速度模式下的參數(shù)需要設(shè)置外,還需要配合外部端子信號FWD/MI1/MI2/MI3的閉合。
系列變頻器脈沖輸入控制
VE系列變頻器支持兩種脈沖輸入方式:1.A/B相脈沖輸入；2.脈沖+方向輸入。由于新系統(tǒng)提供脈沖+方向的輸出方式,所以可以選擇如圖3中第3種或者第4種方式；然后再根據(jù)方向來作出最后正確的選擇。
圖3接受的脈沖輸入方式
使用脈沖控制時,還有兩個參數(shù)也是非常重要的:電子齒輪A；電子齒輪B。其計算公式為轉(zhuǎn)速=脈沖頻率/編碼器的點數(shù)(10-00)*電子齒輪A/電子齒輪B。
3.5加減速特性
加減速特性的測試,首先將保護功能作適當(dāng)調(diào)整:
1-12=1,1-13=5,F=590
從0加速到590hz的加速過程中實測加速時間為,加速中最大電流為,圖形參見圖4。
圖4加速曲線
1-12=5,1-13=5,F=590
從590hz減速到0hz的減速過程中實測減速時間為,減速中最大母線電壓為740VDC,圖形如圖5所示。
圖5加速以及減速曲線
4結(jié)束語
數(shù)控加工中心對主軸有較高的控制要求,首先要求在大力矩、強過載能力的基礎(chǔ)上實現(xiàn)寬范圍無級變速,其次要求在自動換刀動作中實現(xiàn)定角度停止(即準(zhǔn)停),這使加工中心主軸驅(qū)動系統(tǒng)比一般的變頻調(diào)速系統(tǒng)或小功率交流伺服系統(tǒng)在電路設(shè)計和運行參數(shù)整定上具有更大的難度。基于臺達VE系列高性能變頻器的數(shù)控主軸變頻驅(qū)動項目加減速特性以及定位功能都完全能夠適應(yīng)加工中心的要求,性價比突出。
文/中達電通股份有限公司AMD產(chǎn)品處王浩
