机床设备对伺服系统的要求是:调速范围宽(要求在100:1以上。如XT754型镗铣床最低速度是10mm/min,最高速度是2500mm/min,其调速范围d:2500:10=250:1);速度控制精度高(在整个调速范围,起制动及运行过程要求运行稳定);定位准确(当下件快速进给后定位时间短、定位行程小控制工程网版权所有,从而可提高加工效率)。
针对上述特点,我们选择性能比较先进的日本安川变频器驱动一般异步电动机,对1台XT754型镗铣床的进给直流伺服系统实施改造,从而使这台镗铣床的进给实现交流伺服控制。
1.交流伺服系统的组成
由变频器、异步电动机、冷却风机和脉冲编码器等组成,如图1所示。
图1
(1) 变频器是整个系统的核心。它是一个多功能全数字式变频器,主要负责整个系统的能源变换和数据处理。它和驱动电动机、脉冲编码器、PG速度控制卡一起构成典型的带PG反馈的闭环控制系统。
变频器VS-616G5(CIMR-C5A43P7 3.7kW)为
多功能全数字式。它有四种方式:无PG U/f控制、有PG U/f控制、无PG矢量控制和有PG矢量控制。当选用有PG矢量控制方式时,其调速范围可以达到1000:1控制工程网版权所有,并且能够实现零速控制。
(2) 驱动电动机采用一般笼型异步电动机(Y132M1-6型控制工程网版权所有,4kW、380V、9.4A、960r/min),并配备强迫冷却风机(吵125mm轴流风机)。由于驱动电动机主要工作在低速状态,在低速长期运行时电动机易发热,因此增加冷却风机是必要的。
(3) 脉冲编码器采用HLE-1024L-3F)k A型.安装于电动机的轴上,其轴径要与电动机轴径相配合。它是构成带PG反馈系统的关键部件www.cechina.cn,主要参数是每转脉冲数NP(变频器参数P1-01),由下式计算选择。
NP=60f/nN
式中:f--速度控制卡工作频率,Hz
nN--电动机额定转速,r/min
当选用的电动机为960r/min,PG-B2速度控制卡的工作频率是20kHz时,NP=60X20000/960=1250。实际选用PG脉冲数为1024的脉冲编码器。
![图2 根据这组…如图2](http://www.e-works.net.cn/images/127752158377031250.GIF)
图2
根据这组计算参数整定电阻R1、R3、R5,即可在变频器端子13得到所要求的频率设定电压。
![图3 5.…如图3](http://www.e-works.net.cn/images/127752158552343750.GIF)
图3
5.实施中的问题及对策
当选用的电动机为960r/min,PG-B2速度控制卡的工作频率是20kHz时,NP=60X20000/960=1250。实际选用PG脉冲数为1024的脉冲编码器。
2.PG脉冲数与车铣精度的关系
XT754型镗铣床进给系统的调速范围是μ=10~1120mm/Min,快速进给速度是2500mm/min。由于PG脉冲数与电动机的转速成正比,而电动机的转速又直接反映了伺服装置的行程。因此,当电动机转速为最低速n=5.14r/min(D10mm/min)时,则:
每个脉冲当量=μ/(nXPG脉冲数)=10/(5.14 X1024)=0.0019(mm)
即每个脉冲行程是1.9lμm。
3.调速指令电阻网络匹配计算
变频器端子13为主速指令控制端,对应10V电压输出的频率是基本频率,即50Hz。根据工艺要求,电动机的调速范围是5.14-576r/min。若仍旧采用原调整控制开关进行控制,其电阻调整范围是7512-200k12。为配合这个调速开关的设计,调速电阻网络如图2所示。其中,R1、R3、R5均为3.3kΩ可调电阻。当RP在75ll-200k12变化时控制工程网版权所有,对应端子13的输出电压是6-0.054V。根据电路原理分析,当R3=1.05kΩ时,可以得到一组计算参数:R1=985Ω,1.05kΩ,R5=2.26kΩ。
图2
根据这组计算参数整定电阻R1、R3、R5,即可在变频器端子13得到所要求的频率设定电压。
正常运行时,KA6不动作,端子13对17的输出范围在0.054-6V之间,对应电动机速度为5.14-576r/min。当快速进给时,KA6动作,端子13对17输出10V的电压,对应输出电动机的额定转速。
4. 电动机旋转方向及其控制
电动机的旋转方向只与变频器的输出相序有关,与进线电源的相序无关。因变频器本身设计有外接端子,可以进行正转、反转及运行停止,故设计正反转继电器输出组时,可以直接与变频器的端子相连,如图3所示。利用KA7、KA8正反转控制继电器进行控制,接口简单,控制可靠。
图3
5.实施中的问题及对策
经过以上改造组成的变频调速伺服控制系统,结构简单,动作可靠,操作习惯与原机组完全相同。但在不加PG矢量控制的条件下,经试车发现存在:定位不准确(快速进给后工件行程太长,加工定位不好掌握)和低速运行速度不稳定等问题。
分析原因是:在无PG矢量控制的条件下,其调速范围是100:1控制工程网版权所有,即在基本速度50Hz的条件下,其最低运行频率是0.5Hz,对应电动机最低速度是9.6r/min,达不到机械设备工艺要求。
当加上PG脉冲