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　　華邦VE系列產品逆變器在數控加工中心上的應用領域

　　中達中聯股份

　　2007/12/20 11:35:00

　　摘 要：本文主要介紹華邦VE逆變器在數控加工中心上的采用情況。

　　1 引言

　　數控機床

　　是現代制造業的關鍵裝備，一個國家數控機床的產量和技術水準在某種程度上就代表這個國家的制造業水準和競爭力。我國數控機床的技術水準、操控性和質量與國外產品比較還有很大差距。高操控性加工中心和機能部件大絕大多數依靠進口。加工中心是數控技術的分散體現，市場活躍、需求旺盛，成為當前和未來數控機床市場爭奪的前沿。

加工中心是備有刀庫并能手動更改，對鉆孔展開多成品加工的數字掌控機床。鉆孔經一次裝夾后，數字掌控掌控系統能掌控機床按不同成品，手動選擇和更改，手動改變機床切入點轉速、進給量和相對鉆孔的運動軌跡及其他遠距機能，依次順利完成鉆孔幾個面上多成品的加工。加工中心由于成品的分散和手動換刀，減少了鉆孔的裝夾、測量和機床修正等天數，使機床的研磨天數達到機床開動天數的8O％左右(普通機床僅為15～20％)；同時也減少了成品之間的鉆孔周轉、搬運和放置天數，延長了生產周期，具有明顯的經濟效益。加工中心適用于零件形狀比較繁雜、精度明確要求較高、產品更改頻繁的中小批量生產。 第一臺加工中心是1958年由美國金恩-特特德公司首先研制成功的。它在數控船機鏜銑床的基礎上增加了手動換刀器，從而同時實現了鉆孔一次裝夾后方可展開銑床、鉆削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的分散加工。二十世紀70年代以來，加工中心得到迅速發展，出現了方若縣切入點箱加工中心，它備有數個可以手動更改的裝有的多軸切入點箱，能對鉆孔同時展開多孔加工。這種多成品分散加工的形式也擴展到了其他類型數控機床，例如切削中心，它是在數控車床上實用性數個手動換刀器，能掌控三個以上的座標，除切削外，切入點可以ZR19或游標卡尺，而由轉動展開銑床、鉆削、鉸孔和攻絲等成品，適于加工繁雜的轉動體零件。加工中心按切入點的布置方式分為固定式和船機兩類。船機加工中心一般具有游標卡尺庫塞縣或數控庫塞縣，可加工鉆孔的各個側面；也可作數個座標的聯合運動，以便加工繁雜的空間曲面。固定式加工中心一般不帶庫塞縣，僅作頂面加工。此外，還有帶立、臥兩個切入點的復合式加工中心，和切入點能修正成臥軸或立軸的立臥整體式加工中心，它們能對鉆孔展開五個面的加工。加工中心的手動換刀器由放置的刀庫和換刀機構組成。刀庫種類很多，常用的有盤式和拉艾兩類。拉艾刀庫放置的容量較大。換刀機構在機床切入點與刀庫之間互換，常用的為機械手；也有不帶機械手而由切入點直接與刀庫互換的，稱無臂式換刀器。為了進一步延長非研磨天數，有的加工中心配有兩個手動互換鉆孔的橫桿。一個裝著鉆孔在工作臺上加工，另一個則在工作臺外裝卸鉆孔。機床順利完成加工循環后手動互換橫桿，使裝卸鉆孔與加工的天數相重合。

　　2 數控機床切入點驅動力

切入點驅動力掌控系統是數控機床的大功率執行機構，其機能是接受數控掌控系統(CNC)的S碼速度命令及M碼遠距機能命令，驅動力切入點展開研磨加工。切入點的驅動力可以采用溝通交流變頻空調或溝通交流轉換器2種掌控方式，一般的溝通交流變頻空調切入點能無級變速但不能準停，需要另外裝設切入點位置傳感器，相互配合CNC掌控系統PMC (指數控掌控系統內置PLC

)的邏輯程序來順利完成準停速度掌控和功能定位停止；溝通交流轉換器切入點本身即具有準停機能，其自身的軸控PLC訊號可直接連接至CNC掌控系統的PMC，相互配合簡捷的PMC邏輯程序方可順利完成準停功能定位掌控，且后者的掌控精度遠遠高于前者，所以目前大絕大多數加工中心的切入點驅動力掌控系統采取溝通交流轉換器切入點。參考溝通交流轉換器切入點的機能，華邦公司開發出新一代的溝通交流變頻空調驅動力器——VE逆變器，除了機能和操控性完全能和溝通交流轉換器媲美，而且還具有通用性強和價格上的優勢，透過多次試驗深得顧客的認可與喜愛。

　　3 華邦VE變頻空調切入點驅動力掌控系統

　　3.1 掌控系統設計明確要求

　　（1）VE系列產品逆變器機能和操控性的數控優點。項目顧客為數控加工中心知名企業。結合顧客的明確要求和加工中心的優點，華邦專門針對為數控加工中心開發的高操控性逆變器----VE系列產品逆變器機能和操控性是非常適合采用在數控加工中心上的：

　　?透過外部I/O點能同時實現快速sizes功能定位，有專門針對模塊修正功能定位時的優點曲線和功能定位天數，定為同時實現方便快捷；

　　?透過專用模塊修正達到快速加減速的同時實現；

　　?全新的PDFF掌控，使增益的修正更加簡單方便快捷，易于掌握；

　　?接受模擬量訊號和脈沖訊號，對上位機的支持更加全面。

（2）試驗加工中心實用性：

　　?數控掌控系統：臺灣潘奧爾數控掌控系統SYNTEC 9401；

　　?切入點規格：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；

　　?逆變器規格：075V43A-2+EMV-PG01L，軟件版本9.98試驗版，制動電阻1500W/75ohm。

　　3.2 切入點變頻空調掌控系統設計

　　（1）逆變器電氣設計：參見圖1。

　　圖1 逆變器配線圖

　　3.3 逆變器模塊設計步驟

　　（1）將電機模塊設置到逆變器，作電機動態自整定。要想將VE系列產品逆變器的高操控性發揮出來，準確的電機模塊是基礎。首先將基本模塊填入到逆變器相關位置：

并且采用以上模塊作VF掌控運行，具體情況如下表，觀察后符合電機運行優點。

　　（2）解決一個有趣的工程問題。在以上數據中，電機額定轉速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，透過VF掌控，將逆變器運行到450hz，觀察逆變器中提供的r狀態，電機實際轉速為8900rpm左右，將測的數據填入到05-03。電機額定電流25A，075V43A-2逆變器額定電流只有18A，所以只能將電動機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”作動態整定。

　　整定后電機模塊為

11-01模塊關系到編碼器方向的選擇，如果設置不當，則PG閉環掌控會出現問題。11-01設置是否正確可以透過在逆變器面板r狀態的觀察，r如果是正值則表示方向設置正確，如果是負值則表示方向設置相反。

　　（3）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

　　采用面板運行。首先將F=550，運行后發現不論啟動過程還是停止過程，當輸出頻率到達450HZ左右時就不按照加減速天數來變化，變化非常緩慢。當出現以上現象時，可以透過修正模塊11-05（M1IdsRef Limit）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）作慣量估測和ASR手動修正。將模塊11-00=2，F=200HZ，01-12=01-13=1，正反轉后測得慣量模塊為49，之后將11-01=1，觀察電機剛性，并對相應模塊作修改。

　　（5）外部I/O機能的設置：

參見圖1，MI1為sizes功能定位，MI2為第一/第二加減速天數切換，MI3為脈沖位置命令輸入使能做sizes功能定位時，FWD/MI1閉合，逆變器做功能定位動作。有如下模塊對功能定位的靈敏程度和功能定位時停止位置有關系，修正位置時可以將切入點停止在需要功能定位的位置并且觀察面板上的G狀態值，確功能定位置正確后將觀察到得G值填入到10-19中；功能定位過程的靈敏程度透過修正10-21/10-22來改變，10-21越大，10-22越小，反映越快，功能定位過程越短；10-21越小，10-22越大，反映越慢，功能定位過程也越長。

　　目前脈沖掌控提供兩種模式：速度模式和位置模式。當工作在速度模式下，只需要將頻率來源訊號設置為脈沖給定，并且按照上位機提供的脈沖訊號設置給定方式；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置外，還需要相互配合外部端子訊號FWD/MI1/MI2/MI3的閉合。

　　3.4 VE系列產品逆變器脈沖輸入掌控

　　VE系列產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；然后再根據方向來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，還有兩個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。其計算公式為轉速=脈沖頻率/編碼器的點數（10-00）*電子齒輪A/電子齒輪B。

　　3.5加減速優點

　　加減速優點的試驗，首先將保護機能作適當修正：

　　1-12=1，1-13=5，F=590

　　從0加速到590hz的加速過程中實測加速天數為1.4s，加速中最大電流為19.3A，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天數為5

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