摘  要：在機(jī)床行業(yè)對(duì)變頻器的要求一向很高，數(shù)控機(jī)床對(duì)變頻器的要求主要不是在功能上，而是最基本的性能要求，包括輸出扭矩大小，大負(fù)載情況下的速度穩(wěn)定性，抗干擾抗油污腐蝕等性能，低頻零速的轉(zhuǎn)矩保持等。

關(guān)鍵詞：Goodrive35  車銑一體機(jī)  高速主軸   閉環(huán)矢量控制

一、引言

加工效率與精度是金屬加工領(lǐng)域追求的永恒目標(biāo)。隨著數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)床技術(shù)以及加工工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的加工理念已不能滿足人們對(duì)加工速度、效率和精度的要求。在這樣的背景下，復(fù)合加工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

隨著變頻器技術(shù)的不斷進(jìn)步，變頻器已經(jīng)能達(dá)到類似伺服電機(jī)一樣的定位功能，可以很好的應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床主軸定位及控制中。

圖1車銑一體機(jī)主控制系統(tǒng)

二、控制要求

本文僅以英威騰變頻器在某機(jī)床廠車銑一體機(jī)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的要求為例進(jìn)行說(shuō)明，如圖2所示，具體控制要求有如下：

Ø  客戶需求兩臺(tái)4千瓦變頻器一臺(tái)控制機(jī)床的主軸電機(jī)，主軸電機(jī)屬于高性能異步電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速在7000轉(zhuǎn)。其中對(duì)變頻器及控制要求主要包括：

a)   低頻轉(zhuǎn)矩輸出較大，車銑加工對(duì)變頻器的扭矩輸出有很高的要求。

b)   閉環(huán)控制高速運(yùn)行穩(wěn)定，該機(jī)床高速可達(dá)8000轉(zhuǎn)。

c)   定位準(zhǔn)確，具有伺服一樣精度的定位功能，實(shí)現(xiàn)主軸定位。

d)   零速保持狀態(tài)時(shí)穩(wěn)定不抖動(dòng)又有較高的力矩輸出保證。

e)   極短的加減速時(shí)間保證機(jī)械的工作效率。

f)   在高速脈沖控制運(yùn)作時(shí)，良好的抗干擾性能。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)

三、英威騰Goodrive35變頻器介紹

Goodrive35變頻器是深圳市英威騰電氣股份有限公司新開發(fā)的一款高性能閉環(huán)矢量變頻器，具有V/F，無(wú)PG矢量?jī)珊蛶G矢量三種控制模式，其中在突加減載荷的情況下，速度波動(dòng)非常輕微；可支持永磁同步電機(jī)、變頻器電機(jī)、直驅(qū)電機(jī)等，可以為用戶減少庫(kù)存，不再需要為不同的電機(jī)備用不同變頻器的庫(kù)存；具有準(zhǔn)確的電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)功能，支持旋轉(zhuǎn)自學(xué)習(xí)與靜態(tài)自學(xué)習(xí)，其中靜態(tài)自學(xué)習(xí)可以在電機(jī)無(wú)法脫開負(fù)載的場(chǎng)合準(zhǔn)確的學(xué)習(xí)電機(jī)的參數(shù)；具有先進(jìn)的全程三相調(diào)制方式，使電機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)，噪音更小；其他的特性參數(shù)、功能如下表所示：

調(diào)速比	1：1000
速度控制精度	±0.02%
伺服控制	脈沖串給定，任意位置定位控制
轉(zhuǎn)矩響應(yīng)	<10ms
轉(zhuǎn)矩控制精度	≤5%
起動(dòng)轉(zhuǎn)矩	0.00Hz/200%
過(guò)載能力	150%額定電流1分鐘，180%額定電流10秒，200%額定電流1秒
分頻輸出	編碼器脈沖分頻輸出（H1，D1型端子）。
速度/位置模式切換	支持端子切換
編碼器	A1型變頻器支持200kHz，B1,C1型變頻器支持100kHz， D1型變頻器支持500kHz，H1型變頻器支持300kHz
定位性能	支持Z脈沖及光電開關(guān)定位，定位準(zhǔn)確無(wú)超調(diào)

四、系統(tǒng)接線及調(diào)試

整個(gè)系統(tǒng)是由CNC數(shù)控系統(tǒng)給變頻器運(yùn)行命令和頻率給定的.Goodrive35系列變頻器在閉環(huán)矢量控制上性能優(yōu)異，。

4.1 系統(tǒng)調(diào)試

調(diào)試主要要解決幾個(gè)問(wèn)題：

一.干擾是調(diào)試過(guò)程中遇到的最大問(wèn)題。

二.是低頻力矩輸出能力。

三.高速運(yùn)行時(shí)的速度穩(wěn)定性。

四.主軸定位精度

Ø  由于CNC數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)高速脈沖控制變頻器的速度，電機(jī)主軸的運(yùn)行速度很高，最高可以達(dá)到8000轉(zhuǎn)，在如此高的轉(zhuǎn)速下變頻器自身的干擾會(huì)影響高頻的脈沖指令，使脈沖控制受到影響，通過(guò)端子板的更新以及將GND端子外接PE消除干擾。

Ø  電機(jī)的高速響應(yīng)，客戶要求主軸電機(jī)在啟動(dòng)和停車時(shí)能有很短的時(shí)間，設(shè)定是1秒鐘，從0速升到最高需求轉(zhuǎn)速或者從高速降為零速，為此速度環(huán)增益調(diào)節(jié)的比較大。

Ø  扭矩輸出，在車加工和銑加工過(guò)程中主要考驗(yàn)變頻器的力矩輸出能力和穩(wěn)定性，通過(guò)電流環(huán)參數(shù)的調(diào)節(jié)和電機(jī)參數(shù)的調(diào)節(jié)可以使出力更大，滿足客戶的要求甚至極限情況的需求。

Ø  主軸定位精度，客戶通過(guò)多次主軸回零操作以及數(shù)控機(jī)床分度測(cè)試，檢驗(yàn)變頻器的定位精度。

4.2變頻器參數(shù)設(shè)置

變頻器部分關(guān)鍵參數(shù)見表1。

表1：  GD35參數(shù)設(shè)置情況表

功能瑪	功能說(shuō)明	參數(shù)值	功能瑪	功能說(shuō)明	參數(shù)值
P0.00	速度控制模式	3	P20.01	編碼器脈沖數(shù)	2048
P0.01	運(yùn)行通道選擇	1	P20.02	編碼器方向	0/1
P0.03	最大頻率	270	P21.00	位置模式選擇	1
P0.04	上限頻率	270	P21.02	位置環(huán)增益1	120.0
P3.00	速度環(huán)比例增益1	100	P21.03	位置環(huán)增益2	20.0
P3.01	速度環(huán)積分時(shí)間1	0.05	P21.04	位置環(huán)增益切換方式	2
P3.02	切換低點(diǎn)頻率	2
P3.03	速度環(huán)比例增益2	80
P3.04	速度環(huán)積分時(shí)間2	0.2
P3.05	切換高點(diǎn)頻率	5
P3.09	電流環(huán)比例增益	500
P3.10	電流環(huán)積分增益	2400
P3.20	轉(zhuǎn)矩上限	220%

本系統(tǒng)變頻器具有短路、過(guò)載、過(guò)壓、缺相、失速等多種保護(hù)和故障輸出功能，能有效保證系統(tǒng)安全高效的運(yùn)行。

五、結(jié)束語(yǔ)

車銑一體類機(jī)床是目前機(jī)床行業(yè)的先進(jìn)機(jī)型又成車銑復(fù)合加工中心，在此類高端設(shè)備上的應(yīng)用成功體現(xiàn)了我們GD35變頻器已經(jīng)具備了變頻器產(chǎn)品非常高的控制和驅(qū)動(dòng)性能。某些場(chǎng)合已經(jīng)可以代替伺服控制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 《Goodrive 35變頻器產(chǎn)品說(shuō)明書》深圳市英威騰股份有限公司