摘要：本文主要介紹了海浦蒙特HD50系列高性能變頻器在數(shù)控系統(tǒng)主軸精確定位上的應(yīng)用，并介紹了數(shù)控機(jī)床主軸定位系統(tǒng)組成、調(diào)試方法及應(yīng)用特點(diǎn)。

1概述

通常數(shù)控系統(tǒng)上主軸精確定位，主要采用伺服控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，這就使得機(jī)床成本較高，而一些經(jīng)濟(jì)型機(jī)床，就較難得到普遍應(yīng)用；本系統(tǒng)主要由數(shù)控系統(tǒng)、閉環(huán)變頻器系統(tǒng)、主軸異步電機(jī)系統(tǒng)組成，這就降低了數(shù)控系統(tǒng)的成本，并且在市場上得到了廣泛的應(yīng)用。

在數(shù)控機(jī)床上，不僅需要主軸在低頻啟動時力矩大，速度響應(yīng)快、能進(jìn)行精確的速度控制，同時還需要對主軸進(jìn)行精確的位置控制，定位過程中需要變頻器快速啟停、力矩平穩(wěn)、定位平滑流暢干凈利落，這就對變頻器提出了較高的要求。

1數(shù)控系統(tǒng)主軸定位系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)主要由數(shù)控操作系統(tǒng)、高性能變頻器、主軸電機(jī)和主軸組成。

基本控制過程：數(shù)控系統(tǒng)可采用通訊或I/O指令控制變頻器，驅(qū)動采用HD50系列高性能變頻器，主軸電機(jī)可使用異步或同步電機(jī)，無需使用伺服系統(tǒng)，即可達(dá)到精確的定位效果，最多可設(shè)定4個任意角度的定位控制。如圖1，數(shù)控系統(tǒng)主要對用戶各種指令進(jìn)行處理，閉環(huán)變頻器系統(tǒng)控制主軸異步電機(jī)，完成數(shù)控系統(tǒng)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、主軸定位等指令。

圖1控制原理圖

2HD50變頻器特點(diǎn)

海浦蒙特HD50系列高性能變頻器，是一款閉環(huán)矢量高性能變頻器，能實(shí)現(xiàn)各種場合簡易伺服功能，伺服定位模式、主軸定向模式等。

過載能力：150%額定輸出電流2分鐘；180%額定輸出電流10秒

驅(qū)動電機(jī)類型：交流異步電機(jī)、同步電機(jī)

控制方式：V/f控制；開環(huán)矢量控制（SVC）；閉環(huán)矢量控制（VC）

運(yùn)行命令設(shè)定方式：操作面板設(shè)定；外部端子設(shè)定；通過SCI通訊口由上位機(jī)設(shè)定

速度設(shè)定方式：數(shù)字設(shè)定、模擬設(shè)定、SCI通訊設(shè)定

速度設(shè)定分辨率：數(shù)字設(shè)定：0.01Hz

模擬設(shè)定：0.1%×最大頻率

速度控制精度：±0.5%（SVC）；±0.05%（VC）

速度控制范圍：1:100（SVC）；1:1000（VC）

轉(zhuǎn)矩控制響應(yīng)：<200ms（SVC）；<50ms（VC）

起動轉(zhuǎn)矩：180%額定轉(zhuǎn)矩/0.5Hz（SVC）；180%額定轉(zhuǎn)矩/0Hz（VC）

轉(zhuǎn)矩控制精度：±5%

3系統(tǒng)接線及調(diào)試

本系統(tǒng)可以完成主軸定位和切削模式的雙重功能，切換主軸定位和切削模式功能時，只需數(shù)控系統(tǒng)一鍵切換即可；

主軸定向模式，主要由數(shù)控系統(tǒng)兩個定向停機(jī)端子的選擇來完成4個不同角度的定位，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出主軸定向指令、方向指令及定向停機(jī)位置后，變頻器便可以按照指令的角度完成定向任務(wù)。

切削模式時，只需數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指定轉(zhuǎn)速及運(yùn)行方向，變頻器就可以按照數(shù)控系統(tǒng)的速度給定，來完成不同高、低速的切削任務(wù)。

（1）變頻器接線如圖2所示。

圖2變頻器控制接線圖

（2）電機(jī)參數(shù)自整定：參照電機(jī)銘牌設(shè)定電機(jī)組參數(shù)，設(shè)定完畢后按“RUN”鍵，進(jìn)入自整定狀態(tài)，過程約1分鐘。

（3）設(shè)定編碼器參數(shù)及端子功能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)矢量運(yùn)行

（4）設(shè)定主軸定位參數(shù)實(shí)現(xiàn)主軸定向控制

4結(jié)語

注意調(diào)試時變頻器需安裝剎車電阻。

調(diào)試切削模式時，只需調(diào)整好主軸轉(zhuǎn)速與變頻器模擬量給定的對應(yīng)關(guān)系；調(diào)試主軸定向模式時，變頻器先運(yùn)行到定位頻率再執(zhí)行定位過程，若出現(xiàn)超調(diào)可適當(dāng)減小定位頻率，或延長定位時間或者調(diào)整比例增益，目標(biāo)是在不出現(xiàn)超調(diào)的情況下盡量減小定位時間，達(dá)到滿意效果。

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，該數(shù)控系統(tǒng)無論在低頻進(jìn)刀切削旋轉(zhuǎn)時的力矩方面，停機(jī)定位時的精準(zhǔn)度方面都能達(dá)到用戶滿意的效果。

切削模式時，無論在正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)切削，低頻7Hz（轉(zhuǎn)速約300轉(zhuǎn)/分），進(jìn)刀量為4mm，主軸轉(zhuǎn)速精度都能保持平穩(wěn)流暢，無頓挫感，切削完成后的工件表面平滑，無凹凸不平或沙粒感；主軸定向模式時，能按照指令進(jìn)行不同角度定位，均能精準(zhǔn)的停機(jī)定位，整個過程主軸響應(yīng)迅速，平滑流暢、干凈利落。

事實(shí)證明HD50系列高性能變頻器完全能滿足主軸定位的高精度要求，在數(shù)控系統(tǒng)主軸定位場合，可替代伺服大量節(jié)省數(shù)控機(jī)床成本。