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，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；也可作多個坐標的聯(lián)合運動，以便加工復雜的空間曲面。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，常見的有盤式和鏈式兩類。鏈式刀庫存放刀具的容量較大。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停，需要另外裝設主軸位置傳感器，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停速度控制和定位停止；交流伺服主軸本身即具有準停功能，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停定位控制，且后者的控制精度遠遠高于前者，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可與喜愛。
3 臺達VE變頻主軸驅(qū)動系統(tǒng)
3.1系統(tǒng)設計要求
（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9.98測試版，制動電阻1500W/75ohm。
3.2主軸變頻系統(tǒng)設計
（1）變頻器電氣設計：參見圖1。
3.3變頻器參數(shù)設計步驟
（1）將電機參數(shù)設置到變頻器，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，準確的電機參數(shù)是基礎。
（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21.6A）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。
（3）將控制方式改為foc+pg，并且調(diào)整最大操作頻率以及加減速時間
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。
（4）作慣量估測以及ASR自動調(diào)整。將參數(shù)11-00=2，F(xiàn)=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，并對相應參數(shù)作修改。
（5）外部I/O功能的設置：
目前脈沖控制提供兩種模式：速度模式以及位置模式。當工作在速度模式下，只需要將頻率來源信號設置為脈沖給定，并且按照上位機提供的脈沖信號設置給定方式；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)需要設置外，還需要配合外部端子信號FWD/MI1/MI2/MI3的閉合。
3.4VE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。
使用脈沖控制時，還有兩個參數(shù)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(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調(diào)整：
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)在電路設計和運行參數(shù)整定上具有更大的難度�；谂_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加工中心的要求，性價比突出。
