主轴变频器工作原理

西门子802S数控车床变频主轴设计与调试

摘 要

主轴运行的是否平稳直接影响数控车床加工的精度。通过对西门子802S数控车床主轴的研究 、分析，从而掌握数控应用系统设计的一般方法。主轴控制系统由西门子802S数控系统、变频器和主轴电机组成，通过PLC控制主轴的正反转、CNC控制主轴的转速。

关键词：数控车床； 主轴； 西门子802S

Designing Spindle Control System

for a Siemens 802S CNC Lathe

Abstract

Whether or not the smooth running of the spindle directly affects the accuracy of CNC

lathe.To grasp the general design method of CNC application system, the Spindle control

system of Siemens CNC Lathe was researched and analyzed, which had Siemens 802S

CNC system, inverter and the spindle motor, where PLC controlling the direction, and CNC

controlling the speed.

Keywords: CNC Lathe；Spindle；Siemens 802S system

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目 录

引 言 ........................................................................... 2

第一章 数控系统的介绍 ............................................................. 3

第２８卷第６期　２０１１年６月　机　电　工　程　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．６　Ｊｕｎ．２０１１　

数控车床实验系统的主轴变频调速系统设计分析　

郑艳琴，唐学哲　

（浙江工业大学机械工程学院，浙江杭州３１００１４）　

摘要：主要针对要求高精度、快响应的数控车床主轴调速系统的设计要求，通过对变频调速的基本原理和变频方式的分析，提出了　变频电机与变频器组合的调速方案。根据数控车床实验系统的运行条件，计算车床的切削力和主轴电机的功率，为选择实验系统　

的主轴变频调速电机提供依据。根据选定的变频电机的特性，提出了变频器的选择原则，进而选择了额定容量和额定电流均与变　频电机匹配的，且采用矢量控制高性能型通用电压型变频器。最后，简要介绍了数控车床实验平台的设计思路。研究结果表明，选　

择的变频电机与变频器配置合理且其调整性能和启动转矩均能满足实验系统的要求。　

关键词：变频调速；变频电机；变频器；数控车床　中图分类号：ＴＨ１６；ＴＧ５０２　文献标志码：Ａ　文章编号：１００１—４５５１（２０１１）０６—０７１２—０３　

Ｓｐｉｎｄｌｅ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｓｐｅｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　

ＣＮＣ　ｌａｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　

ＺＨＥＮＧ　Ｙａｎ—ｑｉｎ，ＴＡＮＧ　Ｘｕｅ—ｚｈｅ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３　１００１４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｉｎｌｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｍａｎｄ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｈｉｇｈ—ａｃｃｕｒａｃｙ，ｆａｓｔ—ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ＣＮＣ　ｌａｔｈｅ　ｓｐｉｎｄｌｅ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｓｐｅｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ，ａ　ｓｐｅｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｏｐｏｓ—　ａｌ　ｏｆ　ｆｉｔｔｉｎｇ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｍｏｔｏｒ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ｔｏｇｅｔｈｅｒ　ｗａｓ　ｒａｉｓｅｄ　ｖｉａ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｐｅｅｄ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ＣＮＣ　ｌａｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ　ｌａｔｈｅ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　ｓｐｉｎｄｌｅ　ｍｏｔｏｒ　ｐｏｗｅｒ　ｗｅｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ｅｖｉｄｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｃｈｏｏｓｉｎｇ　ｓｐｉｎｄｌｅ　ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｍｏｔｏｒ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｍｏｔｏｒ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ，ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｃｈｏｏｓｉｎｇ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｔｈｅｎ　ａ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ｗａｓ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｗｈｉｃｈ　ｍａｔｃｈｅｄ　ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｍｏｔｏｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒａｔｅｄ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｒａｔｅｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｉｔ　ｉｓ　ａ　ｈｉｇｈ—ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｇｅｎｅｒａｌ—ｐｕｒｐｏｓｅ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ｕｓｉｎｇ　ｖｅｃｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｂｒｉｅｆｌｙ　ｔｈｅ　ｄｅ—　ｓｉｇｎ　ｉｄｅａｓ　ｆｏｒ　ＣＮＣ　ｌａｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｗｅｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｍｏｔｏｒ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ａｒｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ　ｐｅｒ－　ｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｓｔａｒｔｉｎｇ　ｔｏｒｑｕｅ　ｃａｎ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｖａｒｉａｂｌｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｐｅｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｍｏｔｏｒ；ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ；ＣＮＣ　ｌａｔｈｅ　

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第 1 页 共 1 页 《蓝海华腾变频器现场调试指导——机床主轴定位》

一、产品介绍

主要实现有编码器速度反馈矢量操纵和定位操纵。如今定位所用的变频器型号为V6-H-M0，到目前为止我司只支持4点定位的，假如定位超过4点的要在订货前说明，我司会准时处理，调试时只要多接一个数字输进端并且定义为定向停止位置选择端子3，通过端口的组合能实现8点定位，再超过的按上述操纵以此类推。

二、硬件连接

编码器的+5V电源由数控系统给定，所以不要用变频器的内部电源。特殊说明编码器安装在主轴上，而不是装在主轴电机的轴上，所以要设置电机和编码器的减速比，此参数定义为电机的转速和编码器的转速之比。如：电机每旋转6转。编码器旋转5转，那么此时的减速比为6/5=1.2，请设置参数Pd.24为1.2，编码器的每转脉冲数Pd.21要照实设置，比方为1024。三、调试指导

由于定位操纵要建立在闭环矢量的条件下，所以做要闭环矢量就显得尤为重要。首先把编码器的接线都连好，设置电机的基本频率〔P0.15〕和电机参数〔P9.00-9.04〕，然后设置P9.15=2对电机进行完好自整定〔肯定要脱开负载即皮带轮〕。整定完后把P0.03设为8〔有速度传感矢量操纵〕和编码器的脉冲数Pd.21正确设置，然后用面板操纵，由p0.05给定几HZ的频率，运行后看电流的大小，假如电流很大运行发生抖动，甚至出现过流，那么要把编码器的方向改一下〔即调整一下pd.22〕。

四、主轴变频器调试参数〔V6-H-M0〕五、定位速度和位置环增益的参数设置解释上图中的纵坐标表示定位速度的大小，横坐标表示定位时间快慢。当变频器有运行指令且接受到定向指令〔X3端子有效〕时，电机会先运行到设定的定向速度，再执行定向过程。定向速度高，位置环增益大则定向过程快，但设置过高定向时会出现超调的现象。如图3中的第三幅坐标系。第一幅坐标系和第二副坐标系的区分在于在保证不超调的条件下，定向速度和位置环增益越大定向过程越快。保证所围成的面积相等〔即S1=S2=S3-S4〕。

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通用变频器在数控机床主轴控制的应用

作者：金光云

来源：《中国新技术新产品》2013年第09期

摘 要：论文中介绍了通用变频器的技术特点，并以一台三坐标数控机床为例，介绍了在数控机床主轴控制时使用通用的变频技术进行驱动，所采用的具体电路设计、PLC程序及各类相关数据的匹配关系。

关键词：主轴控制；通用变频器；PLC程序

中图分类号：TG65 文献标识码：A

1 控制原理

任何一台数控机床的主轴控制，都是机床控制的重要组成部分，使用变频器控制的机床其基本工作原理并没有改变，只是减少了数控系统对主轴工作性能的调整，更具体的细微处的主轴运转精度由变频器自身来完成，变频器更具备相对的独立性和通用性。在以变频器为主的主轴控制系统中，需要由控制系统输出的启动与停止信号、转速信号、报警信号等，再根据变频器内部的参数设定控制主轴的旋转。

2 性能对比

随着生产技术的日益发展，对机械加工设备的要求也越来越高。有些数控机床的控制形式已限制了机床的加工性能，V2-2000B机床是一台三坐标龙门数控铣床，由法国FOREST公司生产，其主轴采用变频机组形式进行控制，只提供了1000～6000RPM中的五个固定档位的主轴转速，限制了加工时对主轴转速的选择范围。

这种主轴的控制方式，决定了主轴的启动与停止硬性较大，对机床的硬件有很大的损伤，使一些元件使用寿命变短，导致机床故障频繁发生。这种数控机床主轴控制形式已明显落后，因此，采用变频技术控制主轴进行生产加工，可以满足现在的加工需求，并能解决旧式控制方式的缺点。

3 工作内容

3.1 选择主轴变频模块

数控机床的主轴运转规律是：额定转速以下为恒转矩运行，额定转速以上为恒功率运行。因此配备的变频器规格应遵循公式：In≥K·Im