博世力士乐Fe变频器在数控车床上的应用课件

1、数控车床上的Fe变频器应用主讲：王凯2011-3-3数控车床上的Fe变频器应用一、数控车床的概念 数控车床又称为 CNC车床，即计算机数字控制车床，是目前国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%。 数控车床主要用于加工轴类和回转体零件，能自动完成内外圆柱面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，适合于加工形状复杂、精度要求高的轴类或盘类零件。数控车床具有加工灵活、通用性强、能适应产品的品种和规格频繁变化的特点，能满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的要求。Electric Drives and Controls *一、数控车床的概念对数控车床可以采用不同的分类方

2、法进行分类。1) 按主轴配置形式分可分为卧式和立式两大类，其中数控卧式车床有水平导轨和斜置导轨两种形式。2) 按刀架数量分有单刀架和双刀架两类。单刀架数控车床多采用水平导轨，两坐标控制；双刀架数控车床多采用斜置导轨，四坐标控制。 3) 按控制系统和机械结构的档次分可分为经济型数控车床、全功能数控车床和车削中心。数控伺服系统刀架和转台润滑系统排屑装置主轴单元十大组成部分滚动部件液压系统冷却系统尾座检测单元1.1 数控车床的主要组成部分1.2 数控车床的分类Electric Drives and Controls *一、数控车床的概念 1.3 数控车床的控制过程 Electric Drives a

3、nd Controls *二、数控车床主轴运动特点和要求 主轴驱动系统控制数控车床主轴的旋转运动，为车床主轴提供驱动功率以及所需的切削力。目前在数控车床中，主轴驱动常使用交流电动机，直流电动机已逐渐被淘汰，由于受永磁体的限制，交流同步电动机功率做得很大时，电动机成本太高。因此目前在数控机床的主轴驱动中，均采用笼型异步电动机。由于主轴转速范围通常在503000r/min，跨度很大，为了提高电机的性能、效率和散热，现在基本上都用变频电机。 在切削过程中，工件与刀具的相互作用形成负载转矩。理论上讲，切削功率用于切削金属的剥落和变形，故切削力正比于切削的材料性质和截面积，而截面积由切削深度和走刀量决定

4、。切削转矩则取决于切削力和工件回转半径的乘积，其大小与切削深度、进刀量、工件的材质等因素有关。这使得数控车床主轴系统负载具有如下特点:1)在额定转速范围内，数控车床允许切削深度与进刀量都是相等的，因而具有恒转矩性质。2)在高速段，受床身机械强度及振动等影响，速度越高，允许的切削深度和进刀量越小，负载转矩也越小，因此具有恒功率性质。 2.1 数控车床的主轴电机 2.2 数控车床主轴运动特点 Electric Drives and Controls *三、主轴电机的Fe变频器应用 基于前面对数控车床主轴的运动分析，采用变频器驱动和控制数控车床的主轴电机，可以实现快速稳定起动和停止和速度的平滑无级调

5、速和良好的速度精度。为了追求更好的性价比，设计中可选用V/F控制方式的变频器，如果想要获得更好的低速特性和更高的速度精度，可采用矢量控制的变频器。矢量控制分无速度传感器和有速度传感器两种方式，后者具有更高的速度控制精度。 博世力士乐Fe系列变频器于2008年推出的中高端通用型V/F控制的变频器，具有高性价比、低速运行扭力大，平稳低噪、制动响应灵敏、调速范围广、宽电源电压、载波频率自动调节，内置PG卡可轻松实现速度闭环控制等特点，已广泛应用于数控车床的主轴控制中。若想获得更高的起动扭矩和速度精度可以选用博世力士乐FV系列高性能矢量控制变频器。 此处主要介绍Fe系列变频器在数控车床主轴运动控制中的

6、应用。 3.1 主轴电机的变频器应用总述 Electric Drives and Controls *三、主轴电机的Fe变频器应用 3.2 主轴电机的变频器应用总体方案 HMI运动控制系统I/O端口X轴伺服驱动Z轴伺服驱动主轴变频器X轴丝杆Z轴丝杆主轴电机编码器位置反馈车床本体CNCElectric Drives and Controls *三、主轴电机的Fe变频器应用3.4 Fe变频器在数控车床上的现场应用 11KW+GSK系统15KW+FANUC系统7.5KW+FANUCElectric Drives and Controls *三、主轴电机的Fe变频器应用3.4 Fe变频器在数控车床上的

7、现场应用 11KW主轴+横式刀架3.5 常见数控系统品牌15KW主轴+立式刀架加工的工件Electric Drives and Controls *三、主轴电机的Fe变频器应用3.6 常见数控系统型号SIEMENS SINUMERIK 802D sl,810D,840DFANUC SERIES OI MATE-B,TC ,TD 三菱EZMotion-NC E60; MELDAS C6,C64广数系统GSK980TDa, GSK980TDb ,GSK928TEa华中世纪星HNC-210A ,B,C; HNC-21/22T;HNC-18i/18xp/19xp3.7 Fe变频器接线图接线说明：GSK

8、系统控制变频器正转SF，反转SR，模拟量输入VRC-GND，和故障输出端子Tc,Tb，故障复位端子RST。开关量公共端SC，由SW开关选择SC端子属性。Electric Drives and Controls *三、主轴电机的Fe变频器应用3.8 Fe变频器参数设置表3.1 GSK980TDa系统时，变频器参数设置 （某CKP车床） 参数代码参数功能设置说明b00=2外部控制选择由CNC或PLC控制变频器起停b02=5频率来源010V根据CNC信号特点选择，电流信号更好b03=180最高频率180Hz根据实际需要设置，影响实际加减速时间b04，b05电机额定频率,额定电压根据电机铭牌设定b06

9、=H-03启动转矩提升不宜太大，可以设为H-02b14=ON恒电压控制改善制动效果b16=1.5加速时间在满足生产需要情况下，尽量延长b17=2.0减速时间在满足生产需要情况下，尽量延长b19=1自动转矩提升不宜太大，配合b06，可改善启动转矩Electric Drives and Controls *三、主轴电机的Fe变频器应用参数代码参数功能设置说明b21=180上限频率根据实际需要设置b25=1.00模拟信号增益调整输入模拟信号偏差b26=0.0模拟信号滤波时间常数提高系统的速度灵敏度b27=0.0模拟信号最小给定比率调整输入模拟信号偏差b28=0.2模拟信号最小对应频率改善低速时的速度

10、响应，调整偏差b29=100模拟信号最大给定比率调整输入模拟信号偏差b30=150模拟信号最大对应频率根据实际需要设置，决定输出最大频率b31=2.00转差频率补偿补偿实际转速B32=0.00起动频率一切从零开始b33=0.1起动保持时间消除起动时的速度扰动表3.1 GSK980TDa系统时，变频器参数设置 （某CKP车床）（续前表）Electric Drives and Controls *三、主轴电机的Fe变频器应用参数代码参数功能设置说明在前面GSK系统时的参数基础上再设置以下参数b35=1用X1端子点动使能根据实际接线端子设定b36=2点动频率根据实际调试结果设置b37=0.5点动加速

11、时间根据需要调整b38=0.5点动减速时间根据需要调整E11=1.50检出频率设定根据需要可调，不宜太小E12=0.5滞后频率设置一点范围比较好E16=1OUT1为频率检出输出频率检出时，OUT1和SC相通 以上参数是根据某用户所使用的功能设置的，如果控制方式不同，需要做相应调整。表3.2 FANUC系统时，变频器参数设置 （某CK车床）Electric Drives and Controls *四、调试过程中的注意事项4.1 Fe变频器在调试过程中的说明注1：点动运行时，必须要先选择方向。即，正转SF、反转SR和SC闭合后，再闭合点动使能信号。断开时，可以同时断开，或先断开使能信号，再断开方

12、向信号。否则，将无法实现正反转的切换！注2：速度到达信号为FUNAC系统时根据需要设定的，当速度未到达设定值时，系统程序将不运行。所以速度到达检出频率不能高于点动频率，即E11b36。特别说明：1）经多次现场调试发现，主轴编码器的性能直接影响速度反馈值，进而在操作面板上的显示实际速度会有很大偏差；2）机床主体固定状况和机身各部分之间的衔接情况，直接影响变频器运行时的噪音大小；3）机床内的走线情况和器件安装位置，直接影响控制信号的抗干扰性能和散热效果；4）不同数控系统的模拟量信号误差和输出阻抗不同，接入变频器后对应的实际速度也不同。需要调试人员根据实际调试结果进行参数修正，以达到理想控制效果。正

13、常情况下测定Fe变频器的实际转差在5%以内。Electric Drives and Controls *四、调试过程中的注意事项4.2 制动电阻的选取变频器功率变频器额定电流最小电阻值()电阻功率(KW)建议导线尺寸(mm)2.2KW5.5A842.01.54.0KW10A463.82.05.5KW13A364.82.57.5KW17A286.03.011KW24A209.64.015KW33A1412.56.0 基于数控车床快速频繁起停的特点，制动电流选择变频器额定电流的1.5倍，不宜再大，否则有烧坏变频器的危险。电阻值的最大值由制动电流等于1.2倍额定电流时的值，阻值再大则制动效果不理想。

14、Electric Drives and Controls *五、数控车床上的Fe变频器应用总结1、变频器通常需放大一级选型。 Fe变频器的宽电源电压适应范围：320480VAC，可满足多种环境的正常使用。2、Fe变频器灵活的转矩补偿和转差补偿，在5HZ时，能输出150%以上转矩，满足低速时的大切削量。3、主轴的无级调速，可实现主轴转速的平滑调解，全速度范围内速度波动小。Fe变频器G系列输出频率0650HZ可调，频率分辨率0.01Hz，完全满足数控机床的调速范围。主轴最大10%转速偏差。当采用外部模拟量控制时，变频器输出频率分辨率=最高频率*0.1%，以实现精准控制。4、Fe变频器可实现速度的2

15、S内快速转换和起停。变频器内置自动限流单元，可实现快速起动或有冲击负载时的无跳闸连续运行。5、过载能力110%一小时，150%一分钟，200%1秒钟。Electric Drives and Controls *五、数控车床上的Fe变频器应用总结6、频率指令和运行指令均由CNC以模拟量给出。 Fe变频器通过设定参数可实现和多种品牌数控系统的良好对接，如FANUC，SIEMENS, GSK ,HNC等都能很好匹配。7、Fe变频器载波频率的自动调节可以保证电机在高速运行时的温升不会太高，且具有电机过热保护。8、Fe变频器有输入缺相（11KW以上）、输出缺相、输出短路、接地保护、过电流保护、过电压保护，欠电压保护，变频器过热保护，电机过热保护等十