英威腾Goodrive35变频器在数控车床上的应用

    摘   要：数控车床又称为CNC车床，即计算机数字控制车床，是目前国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%。数控车床主要用于加工轴类和回转体零件，能自动完成内外圆柱面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，适合于加工形状复杂、精度要求高的轴类或盘类零件。本文以某公司数控车床主轴电机采用英威腾Goodrive35变频器控制为例，详细讲述数控车床的结构、工艺特性，以及Goodrive35变频器应用在数控车床上的优越性。

    关键词：Goodrive35  数控车床  变频器   闭环矢量   主轴定位

    一、数控车床简介 数控车床又称为CNC（Computer numerical control）车床，是一种由程序控制的自动化机床。数控车床主要用于加工轴类和回转体零件，能自动完成内外圆柱面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，适合于加工形状复杂、精度要求高的轴类或盘类零件。数控车床主要由主机、数控装置、驱动装置以及辅助装置等几大部分组成。     主机，它是数控车床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。数控装置，它是数控车床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。驱动装置，它是数控车床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。辅助装置，是指数控车床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。

    二、现场工况 1、主轴电机参数

电机类型 变频异步电机 额定功率 2.2KW 额定转速 1430r/min 额定电压 380V 额定电流 6.0A 额定频率 50HZ 控制方式 端子控制 频率给定方式 模拟量给定(0-10V) 控制模式 闭环矢量控制模式

    2、实景图片

          图（1）数控车床                 图（2）应用在数控车床上的Goodrive35

    三、工艺要求及变频器配置

    数控车床主轴电机需要变频器在起停时要快且平稳，电机无尖叫声，无明显抖动。转矩响应要快，稳速精度要高；抗干扰能力强，同时维修要方便。电机最大转速要求达到3000r/min，现场速度脉冲编码器安装在车床主轴上面，车床主轴和主轴电机之间通过同步皮带连接，且皮带输入输出带轮直径比值为1：1。同时，车床主轴要求实现定位控制，当一个工件加工好后，车床主轴要回到初始位置，此时，将加工好的工件取下，重新装上一个待加工工件。针对上述工艺要求，我司特选用高性能闭环矢量主轴定位专用变频器Goodrive35，功率等级为4KW，型号为GD35-004G-4-A1。

    四、调试过程及实际效果

    1、现场接线示意图

图（3）CNC数控系统与Goodrive35接线示意图

    2、调试过程及使用效果

    （1）编码器参数及方向设定 CNC数控系统、变频器和速度脉冲编码器之间的连线接好后，然后测试编码器。设置编码器线数P20.01，设置P00.00=2，P00.10=20Hz，运行电机，此时电机旋转为20Hz，观察P18.00的测速值应接近20Hz，如果测速值为负，则表明编码器方向反向了，设置P20.02=1即可，如果测速值偏差较大，则表明P20.01设置错误。观察P18.02  Z脉冲计数值是否波动，如果波动，表明编码器有干扰或者P20.01设置错误，检查接线及屏蔽线是否良好接地。

    （2）电机参数自学习记录电机铭牌参数，然后设置参数P02.00~P02.05。设置P00.00=1，开环矢量运行模式，并设置参数P00.15=1（旋转参数自学习），同时给运行命令，电机会先静止然后再旋转到2/3的额定转速，自学习完成后，自动停机，键盘显示-END-，并且将学习得到的参数保存在P2组电机参数P02.06~P02.10中。注：进行上述动态自学习时需要把电机轴与机械负载脱开，而进行静态自学习则不需要脱开机械负载。

    （3）试运行电机设置P00.00=3，闭环矢量控制模式，同时设置运行指令通道及频率给定源。调整加减速时间及P3组速度环及电流环PI参数，使之在整个范围内运行平稳。（4）端子功能设定参考说明书P5,P6组输入输出端子功能进行端子功能的设定。注：Goodrive35说明文档由Goodrive300产品说明书和Goodrive35附加说明书共同组成。车床主轴加工工件时，转速要求设定为850r/min，采用闭环矢量控制模式，转速波动小，稳速精度高。电机无异常噪音，无明显抖动。当一个工件加工完成后，切换到定位模式，主轴可以精准地回到最始位置。Goodrive35主轴定位专用变频器在数控车床上的应用，完全可以满足客户需求。

    3、变频器典型参数设置

序号 功能代码 名称 设定值 说明 1 P00.00 速度控制模式 3 闭环矢量模式 2 P00.01 运行指令通道 1 端子运行通道 3 P00.03 最大输出频率 100HZ 　 4 P00.04 运行频率上限 100HZ 　 5 P00.06 A频率指令选择 1 模拟量AI1 6 P00.11 加速时间1 1S 　 7 P00.12 减速时间1 2S 　 8 P01.13 正反转死区时间 1S 　 9 P05.01 S1端子功能选择 1 正转运行 10 P05.02 S2端子功能选择 2 反转运行 11 P05.03 S3端子功能选择 45 主轴回零 12 P06.04 继电器RO2输出选择 5 变频器故障 13 P22.00 主轴定位模式选择 41 主轴定位使能；脉冲有效　 14 P22.01 主轴准停速度 5HZ 　 15 P20.02 编码器方向 0或1 调整编码器方向 16 P22.03 主轴零点位置 0～4096 调整零点位置

    五、结论 之前，数控车床主轴定位功能是由伺服驱动器来完成。采用英威腾主轴定位专用变频器Goodrive35替代伺服驱动器后，性能优良，具有伺服驱动器主轴定位控制的同样效果，并能大大降低数控车床的成本。