摘 要：在機床行業(yè)對變頻器的要求一向很高，數(shù)控機床對變頻器的要求主要不是在功能上，而是基本的性能要求，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 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)、計算機技術(shù)、機床技術(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)運而生。
隨著變頻器技術(shù)的不斷進步，變頻器已經(jīng)能達到類似伺服電機一樣的定位功能，可以很好的應(yīng)用在數(shù)控機床主軸定位及控制中。
圖1車銑一體機主控制系統(tǒng)
二、控制要求
本文僅以英威騰變頻器在某機床廠車銑一體機現(xiàn)場調(diào)試的要求為例進行說明，如圖2所示，具體控制要求有如下：
? 客戶需求兩臺4千瓦變頻器一臺控制機床的主軸電機，主軸電機屬于高性能異步電機，額定轉(zhuǎn)速在7000轉(zhuǎn)。其中對變頻器及控制要求主要包括：
a) 低頻轉(zhuǎn)矩輸出較大，車銑加工對變頻器的扭矩輸出有很高的要求。
b) 閉環(huán)控制高速運行穩(wěn)定，該機床高速可達8000轉(zhuǎn)。
c) 定位準(zhǔn)確，具有伺服一樣精度的定位功能，實現(xiàn)主軸定位。
d) 零速保持狀態(tài)時穩(wěn)定不抖動又有較高的力矩輸出保證。
e) 極短的加減速時間保證機械的工作效率。
f) 在高速脈沖控制運作時，良好的抗干擾性能。
圖2 現(xiàn)場
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PG矢量兩和帶PG矢量三種控制模式，其中在突加減載荷的情況下，速度波動非常輕微；可支持永磁同步電機、變頻器電機、直驅(qū)電機等，可以為用戶減少庫存，不再需要為不同的電機備用不同變頻器的庫存；具有準(zhǔn)確的電機參數(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)可以在電機無法脫開負(fù)載的場合準(zhǔn)確的學(xué)習(xí)電機的參數(shù)；具有先進的全程三相調(diào)制方式，使電機運行更平穩(wěn)，噪音更小；其他的特性參數(shù)、功能如下表所示：
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調(diào)速比 |
1：1000 |
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速度控制精度 |
±0.02% |
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伺服控制 |
脈沖串給定，任意位置定位控制 |
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轉(zhuǎn)矩響應(yīng) |
<10ms |
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轉(zhuǎn)矩控制精度 |
≤5% |
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起動轉(zhuǎn)矩 |
0.00Hz/200% |
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過載能力 |
150%額定電流1分鐘，180%額定電流10秒，200%額定電流1秒 |
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分頻輸出 |
編碼器脈沖分頻輸出（H1，D1型端子）。 |
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速度/位置模式切換 |
支持端子切換 |
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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 |
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定位性能 |
支持Z脈沖及光電開關(guān)定位，定位準(zhǔn)確無超調(diào) |
四、系統(tǒng)接線及調(diào)試
整個系統(tǒng)是由CNC數(shù)控系統(tǒng)給變頻器運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)試主要要解決幾個問題：
一.干擾是調(diào)試過程中遇到的問題。
二.是低頻力矩輸出能力。
三.高速運行時的速度穩(wěn)定性。
四.主軸定位精度
? 由于CNC數(shù)控系統(tǒng)通過高速脈沖控制變頻器的速度，電機主軸的運行速度很高，可以達到8000轉(zhuǎn)，在如此高的轉(zhuǎn)速下變頻器自身的干擾會影響高頻的脈沖指令，使脈沖控制受到影響，通過端子板的更新以及將GND端子外接PE消除干擾。
? 電機的高速響應(yīng)，客戶要求主軸電機在啟動和停車時能有很短的時間，設(shè)定是1秒鐘，從0速升到需求轉(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。
? 扭矩輸出，在車加工和銑加工過程中主要考驗變頻器的力矩輸出能力和穩(wěn)定性，通過電流環(huán)參數(shù)的調(diào)節(jié)和電機參數(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。
? 主軸定位精度，客戶通過多次主軸回零操作以及數(shù)控機床分度測試，檢驗變頻器的定位精度。
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
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功能瑪 |
功能說明 |
參數(shù)值 |
功能瑪 |
功能說明 |
參數(shù)值 |
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P0.00 |
速度控制模式 |
3 |
P20.01 |
編碼器脈沖數(shù) |
2048 |
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P0.01 |
運行通道選擇 |
1 |
P20.02 |
編碼器方向 |
0/1 |
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P0.03 |
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 |
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P3.00 |
速度環(huán)比例增益1 |
100 |
P21.03 |
位置環(huán)增益2 |
20.0 |
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P3.01 |
速度環(huán)積分時間1 |
0.05 |
P21.04 |
位置環(huán)增益切換方式 |
2 |
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P3.02 |
切換低點頻率 |
2 |
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P3.03 |
速度環(huán)比例增益2 |
80 |
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P3.04 |
速度環(huán)積分時間2 |
0.2 |
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P3.05 |
切換高點頻率 |
5 |
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P3.09 |
電流環(huán)比例增益 |
500 |
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P3.10 |
電流環(huán)積分增益 |
2400 |
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P3.20 |
轉(zhuǎn)矩上限 |
220% |
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本系統(tǒng)變頻器具有短路、過載、過壓、缺相、失速等多種保護和故障輸出功能，能有效保證系統(tǒng)安全高效的運行。
科恩電氣
科恩眾和