安川CIMR-VA4A0005變頻器在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用

張強(qiáng)

（沈陽機(jī)床股份有限公司沈一車床廠技術(shù)部，遼寧沈陽110142）

安川CIMR-VA4A0005變頻器在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用

張強(qiáng)

（沈陽機(jī)床股份有限公司沈一車床廠技術(shù)部，遼寧沈陽110142）

安川CIMR-VA4A0005（HD1.5 kW）變頻器在ETC3650EE數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用，控制電路和PLC邏輯控制。

安川變頻器；松本電動(dòng)卡盤；三共刀架；PLC

0 前言

早期通用的變頻器多采用開環(huán)恒壓比（V/F為常數(shù)）的控制方式，其優(yōu)點(diǎn)是控制結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，缺點(diǎn)是系統(tǒng)性能不高。具體來說，其控制曲線隨著負(fù)載的變化而變化；轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢，電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而使性能下降、穩(wěn)定性變差，速精度受轉(zhuǎn)差率及負(fù)載的影響，無法精確控制電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，存在控制精度低、動(dòng)態(tài)性能差、故障率高、控制功能少等缺點(diǎn)，而且提高定子電壓的補(bǔ)償難以完全與負(fù)載匹配，低速轉(zhuǎn)矩不足。因此，V/F控制變頻器尤其不適用于諸如數(shù)控機(jī)床主軸、伺服等要求高精度、快響應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)械。CIMRVA4A0005（HD1.5 kW）變頻器采用先進(jìn)的無速度傳感器矢量控制技術(shù)，電機(jī)在低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大，且速度精度高，功能齊全，能夠自動(dòng)偵測(cè)電機(jī)動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)的參數(shù)并做出相應(yīng)調(diào)整，以保證電機(jī)在最高效率狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，無速度傳感器矢量變頻器可以代替交流伺服系統(tǒng)，是機(jī)床行業(yè)的最佳選擇。

1 CIMR-VA4Ai0005變頻器控制電路

機(jī)床配置的電動(dòng)松本卡盤和三共刀架共用1個(gè)CIMRVA4Ai0005變頻器，大大減少了機(jī)床配置的復(fù)雜性，提高了機(jī)床的通用性，控制原理見圖1，多段速度指令選擇見表1。

圖1 控制原理

R，S，T表示3相380 V輸入電源，控制端的輸入端子S1～ S6由列表可知其功能，滑動(dòng)電阻用來調(diào)節(jié)其輸出電流（扭矩）大小，端子MB是變頻器的故障輸出，P1表示卡盤卡緊監(jiān)測(cè)點(diǎn)，當(dāng)電流（扭矩）到達(dá)設(shè)定值時(shí)，P1點(diǎn)的信號(hào)由0變?yōu)?，P2是第二電機(jī)選擇檢測(cè)點(diǎn)，當(dāng)M2電機(jī)被選擇后，P2點(diǎn)的信號(hào)由0變?yōu)?，MC1表示接觸器，當(dāng)MC1吸合后，表示選擇M1電機(jī)，MC2表示接觸器，當(dāng)MC2吸合后，表示選擇M2電機(jī)。電機(jī)M1用來控制卡盤卡緊和松開，由圖1和圖2可知，電機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)可以帶動(dòng)齒輪正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，通過蝸輪蝸桿，運(yùn)動(dòng)傳到扳手上，扳手順時(shí)針旋轉(zhuǎn)或者逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)卡盤卡緊松開功能。電機(jī)M2主要用來控制三共刀架換刀，由于三共刀架采用凸輪式的結(jié)構(gòu)，刀架本身沒有編碼器，只有一個(gè)計(jì)數(shù)器和正位開關(guān)，因此要求變頻器必須具備控制精度高，反應(yīng)要求快的性能。

表1 腳號(hào)組合含義

2 PLC邏輯控制

在編制PLC程序的時(shí)候，一定要考慮其安全性，系統(tǒng)內(nèi)部的編程軟件和外部的硬件需做好互鎖保護(hù)措施，比如接觸器MC1和接觸器MC2不能夠同時(shí)吸合，扳手的底端沒有落到卡盤的孔內(nèi)時(shí)，禁止操作卡盤卡緊松開動(dòng)作，扳手沒有完全回退到安全位置時(shí)，不能啟動(dòng)主軸等，否則會(huì)對(duì)機(jī)床造成損壞甚至危害人的生命安全。

因?yàn)殡姍C(jī)的旋轉(zhuǎn)方向不一樣，其輸出的最大扭矩（變頻器里由電流設(shè)定）是不一樣的，所以在選擇卡盤是內(nèi)恰還是外卡時(shí)，其變頻器里的參數(shù)是不一樣的，如果改變內(nèi)外卡功能而沒有相應(yīng)更改變頻器里的參數(shù)，扳手往往會(huì)被破壞。

圖2 松本卡盤機(jī)構(gòu)圖

（1）當(dāng)卡盤卡工件的外徑時(shí)，變頻器參數(shù)修改。①H3-02由11改為10，端子AI功能選擇，即正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩極限。②L7-01由200改為50，正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩極限值為50。③L7-02由50改為200，反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩極限值為200。

（2）當(dāng)卡盤卡工件的內(nèi)徑時(shí)，變頻器參數(shù)修改。①H3-02由10改為11，反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩極限值為200。②L7-01由50改為200，正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩極限值為200。③L7-02由200改為50，反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩極限值為50。

由圖1可以看出，M1電機(jī)零速度外有3個(gè)速度可供選擇，選擇那個(gè)速度等級(jí)取決于控制的機(jī)械結(jié)構(gòu)及負(fù)載，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求選擇控制速度，ETC3650EE采用中等速度級(jí)。

由于三共刀架采用凸輪式的結(jié)構(gòu)，所以存在一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而刀盤不轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍，每當(dāng)?shù)段坏轿缓?，變頻器要立即停止輸出，電機(jī)要求立刻停止轉(zhuǎn)動(dòng)，但由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的作用，電機(jī)停止后刀盤還要繼續(xù)向旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)過一定的角度，如果換刀過程中電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度過快或者過慢，會(huì)造成刀盤未轉(zhuǎn)到正位或者過沖。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，任意給定某一個(gè)旋轉(zhuǎn)速度（經(jīng)驗(yàn)值1000）讓刀盤旋轉(zhuǎn)，刀盤檢測(cè)到正位開關(guān)時(shí)停止旋轉(zhuǎn)，查看凸輪的中間位置是否與正位開關(guān)位置相重合（中間位置目測(cè)即可），如果凸輪中間位置未到正位開關(guān)位置附近，可以把旋轉(zhuǎn)速度提高，反之減小旋轉(zhuǎn)速度，反復(fù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，直到找到滿意的狀態(tài)。三共刀架換刀時(shí)，其動(dòng)力是由普通的交流電機(jī)通過皮帶傳遞到刀架的輪盤上，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，適合高速的換刀場(chǎng)合，與電動(dòng)刀架、液壓刀架相比，其換刀效率大大提高，且換刀時(shí)動(dòng)作平穩(wěn)，沒有噪音，與德國的紹特伺服刀架相當(dāng)。由于篇幅原因，上述兩個(gè)電機(jī)相關(guān)的PLC程序不再具體編制。

〔編輯 凌瑞〕

TG659

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.27