艾默生EV6000高性能變頻器在電主軸上的應(yīng)用

1 引言

　　EV6000 變頻器作為艾默生CT新一代高性能變頻器，采用先進(jìn)的控制策略實(shí)現(xiàn)了真正意義上的高精度磁通矢量轉(zhuǎn)矩控制，無論是有PG 運(yùn)行還是無PG 運(yùn)行，均達(dá)到業(yè)界領(lǐng)先的控制水準(zhǔn)。同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)與異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的一體化，轉(zhuǎn)矩控制、速度控制、位置控制的一體化，使得EV6000 成為業(yè)界少有的具有優(yōu)異控制性能的一體化驅(qū)動(dòng)器，滿足客戶應(yīng)用的高性能化需求。電主軸是數(shù)控機(jī)床的重要部件，傳統(tǒng)機(jī)床主軸是通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)而工作的。電主軸是電機(jī)內(nèi)裝式主軸單元的簡稱。其主要特點(diǎn)是將電機(jī)置于主軸內(nèi)部，通過驅(qū)動(dòng)電源直接驅(qū)動(dòng)主軸進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)、主軸的一體化功能，進(jìn)行切削加工。它具有結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)械效率高，噪聲低，振動(dòng)小，精度高，運(yùn)行平穩(wěn)，沒有沖擊的特點(diǎn)，能夠使主軸軸承壽命得到延長。通過EV6000機(jī)床專用版本內(nèi)置的機(jī)床專用功能，可以完成動(dòng)態(tài)高精度同步跟蹤，分度，準(zhǔn)停，零速鎖定等功能。其優(yōu)異的性能，豐富的功能完全能夠滿足數(shù)控加工中心主軸控制的工藝和精度要求。

2 伺服電主軸系統(tǒng)原理

　　交流伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由主軸控制器、主軸驅(qū)動(dòng)單元、主軸電動(dòng)機(jī)和檢測主軸速度與位置的編碼器４部分組成，主要完成閉環(huán)速度控制，但當(dāng)主軸準(zhǔn)停時(shí)則完成閉環(huán)位置控制。主軸驅(qū)動(dòng)單元的位置控制與速度控制均由內(nèi)部的高速信號處理器及控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其原理框圖如圖1所示。圖中CNC系統(tǒng)向主軸驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出速度指令或位置指令，驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)該指令執(zhí)行相應(yīng)的速度與位置控制。與此同時(shí)，CNC控制器也接收來自于主軸電機(jī)編碼器的分頻輸出（或終端傳感器的輸出信號）來對其指令進(jìn)行校正，當(dāng)然，此信號也用于系統(tǒng)過程偏差的檢測，如速度偏差過大等。

　　為方便起見，我們以一實(shí)際的電主軸系統(tǒng)為例進(jìn)行描述。在該系統(tǒng)中，CNC控制器采用的是臺(tái)灣LNCT520i主軸控制器，驅(qū)動(dòng)器使用EV6000高性能機(jī)床專用版本變頻器＋PGABS選件卡(帶分頻輸出的編碼器接口卡)，電機(jī)使用的是山東某廠家的JSZD150A-8/3C電動(dòng)馬達(dá)，出場配置2048RPM差分增量式編碼器。整個(gè)系統(tǒng)接線框圖如圖2：

圖2：電主軸系統(tǒng)接線框圖

　　LNCT520i主軸控制器通過PA+/PA-和PB+/PB-正交脈沖信號向EV6000發(fā)出速度和位置信號，同時(shí)也包含著方向信號。EV6000配置有PGABS編碼器選件卡，該卡既接收主軸控制器脈沖給定，又接收來自電機(jī)的編碼器反饋信號，同時(shí)對編碼器信號進(jìn)行分頻，反饋到主軸控制器。EV6000工作在伺服模式。系統(tǒng)的性能主要決定于驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的性能。下面仔細(xì)介紹系統(tǒng)各個(gè)組件。

　　（一）主軸電機(jī)：電機(jī)型號為JSZD150A-8/3C，內(nèi)置2048RPM, 5V差分編碼器。廠家給定的技術(shù)參數(shù)與曲線如下:

表一：電機(jī)廠家參數(shù)

（二）EV6000變頻器＋PGABS測速卡

　　EV60－PGABS 測速卡是EV6000 系列變頻器的選件，提供如下功能：1．編碼器接口PG1，支持差分ABZ、UVW 信號，作為速度或位置反饋。2．PG1 的脈沖分頻輸出，可用于速度或位置同步。3．脈沖指令接口PG2，可接收上一級裝置的脈沖指令，用于速度或位置同步。