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　　華邦VE系列產(chǎn)品逆變器在數(shù)控加工中心上的應(yīng)用領(lǐng)域

　　中達(dá)中聯(lián)股份

　　2007/12/20 11:35:00

　　摘 要：本文主要介紹華邦VE逆變器在數(shù)控加工中心上的采用情況。

　　1 引言

　　數(shù)控機(jī)床

　　是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵裝備，一個(gè)國(guó)家數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量和技術(shù)水準(zhǔn)在某種程度上就代表這個(gè)國(guó)家的制造業(yè)水準(zhǔn)和競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水準(zhǔn)、操控性和質(zhì)量與國(guó)外產(chǎn)品比較還有很大差距。高操控性加工中心和機(jī)能部件大絕大多數(shù)依靠進(jìn)口。加工中心是數(shù)控技術(shù)的分散體現(xiàn)，市場(chǎng)活躍、需求旺盛，成為當(dāng)前和未來(lái)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)爭(zhēng)奪的前沿。

加工中心是備有刀庫(kù)并能手動(dòng)更改，對(duì)鉆孔展開(kāi)多成品加工的數(shù)字掌控機(jī)床。鉆孔經(jīng)一次裝夾后，數(shù)字掌控掌控系統(tǒng)能掌控機(jī)床按不同成品，手動(dòng)選擇和更改，手動(dòng)改變機(jī)床切入點(diǎn)轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和相對(duì)鉆孔的運(yùn)動(dòng)軌跡及其他遠(yuǎn)距機(jī)能，依次順利完成鉆孔幾個(gè)面上多成品的加工。加工中心由于成品的分散和手動(dòng)換刀，減少了鉆孔的裝夾、測(cè)量和機(jī)床修正等天數(shù)，使機(jī)床的研磨天數(shù)達(dá)到機(jī)床開(kāi)動(dòng)天數(shù)的8O％左右(普通機(jī)床僅為15～20％)；同時(shí)也減少了成品之間的鉆孔周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和放置天數(shù)，延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。加工中心適用于零件形狀比較繁雜、精度明確要求較高、產(chǎn)品更改頻繁的中小批量生產(chǎn)。 第一臺(tái)加工中心是1958年由美國(guó)金恩-特特德公司首先研制成功的。它在數(shù)控船機(jī)鏜銑床的基礎(chǔ)上增加了手動(dòng)換刀器，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)了鉆孔一次裝夾后方可展開(kāi)銑床、鉆削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的分散加工。二十世紀(jì)70年代以來(lái)，加工中心得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了方若縣切入點(diǎn)箱加工中心，它備有數(shù)個(gè)可以手動(dòng)更改的裝有的多軸切入點(diǎn)箱，能對(duì)鉆孔同時(shí)展開(kāi)多孔加工。這種多成品分散加工的形式也擴(kuò)展到了其他類(lèi)型數(shù)控機(jī)床，例如切削中心，它是在數(shù)控車(chē)床上實(shí)用性數(shù)個(gè)手動(dòng)換刀器，能掌控三個(gè)以上的座標(biāo)，除切削外，切入點(diǎn)可以ZR19或游標(biāo)卡尺，而由轉(zhuǎn)動(dòng)展開(kāi)銑床、鉆削、鉸孔和攻絲等成品，適于加工繁雜的轉(zhuǎn)動(dòng)體零件。加工中心按切入點(diǎn)的布置方式分為固定式和船機(jī)兩類(lèi)。船機(jī)加工中心一般具有游標(biāo)卡尺庫(kù)塞縣或數(shù)控庫(kù)塞縣，可加工鉆孔的各個(gè)側(cè)面；也可作數(shù)個(gè)座標(biāo)的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)，以便加工繁雜的空間曲面。固定式加工中心一般不帶庫(kù)塞縣，僅作頂面加工。此外，還有帶立、臥兩個(gè)切入點(diǎn)的復(fù)合式加工中心，和切入點(diǎn)能修正成臥軸或立軸的立臥整體式加工中心，它們能對(duì)鉆孔展開(kāi)五個(gè)面的加工。加工中心的手動(dòng)換刀器由放置的刀庫(kù)和換刀機(jī)構(gòu)組成。刀庫(kù)種類(lèi)很多，常用的有盤(pán)式和拉艾兩類(lèi)。拉艾刀庫(kù)放置的容量較大。換刀機(jī)構(gòu)在機(jī)床切入點(diǎn)與刀庫(kù)之間互換，常用的為機(jī)械手；也有不帶機(jī)械手而由切入點(diǎn)直接與刀庫(kù)互換的，稱(chēng)無(wú)臂式換刀器。為了進(jìn)一步延長(zhǎng)非研磨天數(shù)，有的加工中心配有兩個(gè)手動(dòng)互換鉆孔的橫桿。一個(gè)裝著鉆孔在工作臺(tái)上加工，另一個(gè)則在工作臺(tái)外裝卸鉆孔。機(jī)床順利完成加工循環(huán)后手動(dòng)互換橫桿，使裝卸鉆孔與加工的天數(shù)相重合。

　　2 數(shù)控機(jī)床切入點(diǎn)驅(qū)動(dòng)力

切入點(diǎn)驅(qū)動(dòng)力掌控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的大功率執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其機(jī)能是接受數(shù)控掌控系統(tǒng)(CNC)的S碼速度命令及M碼遠(yuǎn)距機(jī)能命令，驅(qū)動(dòng)力切入點(diǎn)展開(kāi)研磨加工。切入點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)力可以采用溝通交流變頻空調(diào)或溝通交流轉(zhuǎn)換器2種掌控方式，一般的溝通交流變頻空調(diào)切入點(diǎn)能無(wú)級(jí)變速但不能準(zhǔn)停，需要另外裝設(shè)切入點(diǎn)位置傳感器，相互配合CNC掌控系統(tǒng)PMC (指數(shù)控掌控系統(tǒng)內(nèi)置PLC

)的邏輯程序來(lái)順利完成準(zhǔn)停速度掌控和功能定位停止；溝通交流轉(zhuǎn)換器切入點(diǎn)本身即具有準(zhǔn)停機(jī)能，其自身的軸控PLC訊號(hào)可直接連接至CNC掌控系統(tǒng)的PMC，相互配合簡(jiǎn)捷的PMC邏輯程序方可順利完成準(zhǔn)停功能定位掌控，且后者的掌控精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前者，所以目前大絕大多數(shù)加工中心的切入點(diǎn)驅(qū)動(dòng)力掌控系統(tǒng)采取溝通交流轉(zhuǎn)換器切入點(diǎn)。參考溝通交流轉(zhuǎn)換器切入點(diǎn)的機(jī)能，華邦公司開(kāi)發(fā)出新一代的溝通交流變頻空調(diào)驅(qū)動(dòng)力器——VE逆變器，除了機(jī)能和操控性完全能和溝通交流轉(zhuǎn)換器媲美，而且還具有通用性強(qiáng)和價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，透過(guò)多次試驗(yàn)深得顧客的認(rèn)可與喜愛(ài)。

　　3 華邦VE變頻空調(diào)切入點(diǎn)驅(qū)動(dòng)力掌控系統(tǒng)

　　3.1 掌控系統(tǒng)設(shè)計(jì)明確要求

　　（1）VE系列產(chǎn)品逆變器機(jī)能和操控性的數(shù)控優(yōu)點(diǎn)。項(xiàng)目顧客為數(shù)控加工中心知名企業(yè)。結(jié)合顧客的明確要求和加工中心的優(yōu)點(diǎn)，華邦專(zhuān)門(mén)針對(duì)為數(shù)控加工中心開(kāi)發(fā)的高操控性逆變器----VE系列產(chǎn)品逆變器機(jī)能和操控性是非常適合采用在數(shù)控加工中心上的：

　　?透過(guò)外部I/O點(diǎn)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速sizes功能定位，有專(zhuān)門(mén)針對(duì)模塊修正功能定位時(shí)的優(yōu)點(diǎn)曲線(xiàn)和功能定位天數(shù)，定為同時(shí)實(shí)現(xiàn)方便快捷；

　　?透過(guò)專(zhuān)用模塊修正達(dá)到快速加減速的同時(shí)實(shí)現(xiàn)；

　　?全新的PDFF掌控，使增益的修正更加簡(jiǎn)單方便快捷，易于掌握；

　　?接受模擬量訊號(hào)和脈沖訊號(hào)，對(duì)上位機(jī)的支持更加全面。

（2）試驗(yàn)加工中心實(shí)用性：

　　?數(shù)控掌控系統(tǒng)：臺(tái)灣潘奧爾數(shù)控掌控系統(tǒng)SYNTEC 9401；

　　?切入點(diǎn)規(guī)格：無(wú)錫博華電機(jī)

　　8kw/最大頻率600hz-12000rpm/6P/380V/450hz/25A，編碼器+5V/GND/+A/-A/+B/-B/+Z/-Z/512ppr；

　　?逆變器規(guī)格：075V43A-2+EMV-PG01L，軟件版本9.98試驗(yàn)版，制動(dòng)電阻1500W/75ohm。

　　3.2 切入點(diǎn)變頻空調(diào)掌控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　（1）逆變器電氣設(shè)計(jì)：參見(jiàn)圖1。

　　圖1 逆變器配線(xiàn)圖

　　3.3 逆變器模塊設(shè)計(jì)步驟

　?。?）將電機(jī)模塊設(shè)置到逆變器，作電機(jī)動(dòng)態(tài)自整定。要想將VE系列產(chǎn)品逆變器的高操控性發(fā)揮出來(lái)，準(zhǔn)確的電機(jī)模塊是基礎(chǔ)。首先將基本模塊填入到逆變器相關(guān)位置：

并且采用以上模塊作VF掌控運(yùn)行，具體情況如下表，觀察后符合電機(jī)運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)。

　?。?）解決一個(gè)有趣的工程問(wèn)題。在以上數(shù)據(jù)中，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速05-03是電機(jī)廠家銘牌沒(méi)有提供，詢(xún)問(wèn)電機(jī)廠家也不是很清楚。這種情況下，由于電機(jī)本身帶編碼器，透過(guò)VF掌控，將逆變器運(yùn)行到450hz，觀察逆變器中提供的r狀態(tài)，電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速為8900rpm左右，將測(cè)的數(shù)據(jù)填入到05-03。電機(jī)額定電流25A，075V43A-2逆變器額定電流只有18A，所以只能將電動(dòng)機(jī)額定電流盡可能的修正到最大（最大為21.6A）填入05-01模塊。

　　將模塊5-00=1，然后按面板”RUN”作動(dòng)態(tài)整定。

　　整定后電機(jī)模塊為

11-01模塊關(guān)系到編碼器方向的選擇，如果設(shè)置不當(dāng)，則PG閉環(huán)掌控會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。11-01設(shè)置是否正確可以透過(guò)在逆變器面板r狀態(tài)的觀察，r如果是正值則表示方向設(shè)置正確，如果是負(fù)值則表示方向設(shè)置相反。

　?。?）將掌控方式改為foc+pg，并且修正最大操作頻率和加減速天數(shù)

　　采用面板運(yùn)行。首先將F=550，運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)不論啟動(dòng)過(guò)程還是停止過(guò)程，當(dāng)輸出頻率到達(dá)450HZ左右時(shí)就不按照加減速天數(shù)來(lái)變化，變化非常緩慢。當(dāng)出現(xiàn)以上現(xiàn)象時(shí)，可以透過(guò)修正模塊11-05（M1IdsRef Limit）來(lái)解決，將11-05從出廠值90改為110后加減速過(guò)程正常。

　　圖2（F=590，11-05=180）加速曲線(xiàn)

（4）作慣量估測(cè)和ASR手動(dòng)修正。將模塊11-00=2，F(xiàn)=200HZ，01-12=01-13=1，正反轉(zhuǎn)后測(cè)得慣量模塊為49，之后將11-01=1，觀察電機(jī)剛性，并對(duì)相應(yīng)模塊作修改。

　?。?）外部I/O機(jī)能的設(shè)置：

參見(jiàn)圖1，MI1為sizes功能定位，MI2為第一/第二加減速天數(shù)切換，MI3為脈沖位置命令輸入使能做sizes功能定位時(shí)，F(xiàn)WD/MI1閉合，逆變器做功能定位動(dòng)作。有如下模塊對(duì)功能定位的靈敏程度和功能定位時(shí)停止位置有關(guān)系，修正位置時(shí)可以將切入點(diǎn)停止在需要功能定位的位置并且觀察面板上的G狀態(tài)值，確功能定位置正確后將觀察到得G值填入到10-19中；功能定位過(guò)程的靈敏程度透過(guò)修正10-21/10-22來(lái)改變，10-21越大，10-22越小，反映越快，功能定位過(guò)程越短；10-21越小，10-22越大，反映越慢，功能定位過(guò)程也越長(zhǎng)。

　　目前脈沖掌控提供兩種模式：速度模式和位置模式。當(dāng)工作在速度模式下，只需要將頻率來(lái)源訊號(hào)設(shè)置為脈沖給定，并且按照上位機(jī)提供的脈沖訊號(hào)設(shè)置給定方式；如果逆變器需要工作在脈沖位置命令模式，除了速度模式下的模塊需要設(shè)置外，還需要相互配合外部端子訊號(hào)FWD/MI1/MI2/MI3的閉合。

　　3.4 VE系列產(chǎn)品逆變器脈沖輸入掌控

　　VE系列產(chǎn)品逆變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。由于新掌控系統(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(lái)作出最后正確的選擇。

　　圖3 接受的脈沖輸入方式

采用脈沖掌控時(shí)，還有兩個(gè)模塊也是非常重要的：1.10-17PG電子齒輪A；2.10-18PG電子齒輪B。其計(jì)算公式為轉(zhuǎn)速=脈沖頻率/編碼器的點(diǎn)數(shù)（10-00）*電子齒輪A/電子齒輪B。

　　3.5加減速優(yōu)點(diǎn)

　　加減速優(yōu)點(diǎn)的試驗(yàn)，首先將保護(hù)機(jī)能作適當(dāng)修正：

　　1-12=1，1-13=5，F(xiàn)=590

　　從0加速到590hz的加速過(guò)程中實(shí)測(cè)加速天數(shù)為1.4s，加速中最大電流為19.3A，圖形參見(jiàn)圖4。

　　圖4 加速曲線(xiàn)

　　1-12=5，1-13=5，F(xiàn)=590

　　從590hz減速到0hz的減速過(guò)程中實(shí)測(cè)減速天數(shù)為5

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