数控变频技术在横梁升降系统上的应用

沈阳机床股份有限公司（辽宁 110142) 张秀印 王秀军

VTC系列数控车床横梁升降系统由一个双输出轴变频电动机经换向器、减速机和丝杠带动横梁沿立柱上下移动，通过一个导向压板及八个锁紧压板实现横梁的定位及锁紧，定位时通过液压系统使压板松开，定位结束后断开液压系统，弹簧锁紧。变频电动机由变频器控制，横梁的升降可以进行手动或自动编程控制。横梁左右两根丝杠顶端均配有绝对值旋转编码器，用来检测横梁是否保持水平及位置显示，实时检测横梁左右丝杠的位置偏差，位置偏差超过机械极限设定值数控系统则触发报警，同时提高机床稳定性。

这种横梁升降系统，由机械结构实现运动同步，由编码器实现闭环控制与同步检测保护功能，同时可以由数控系统作为伺服轴进行控制，是一种性价比很高的数控机床横梁升降系统成功解决方案。现结合西门子802Dsl系统为例对其进行简单介绍。

图1所示为调试时横梁上升运动过程中各部件的旋转方向。

图1 横梁上升部件旋转方向图

1.变频控制

变频电动机及抱闸装置由变频器控制，变频器的速度给定由数控系统MCPA部件输出的模拟电压控制，变频器的启动停止等由PLC进行控制。

横梁升降控制的两个重要变频参数:

(1)L1—01:电动机保护功能选择，变频器具有通过电子热继电器进行过载保护的功能。这是以输出电流、输出频率和电动机的热特性等数据为基础，计算电动机过载耐量的功能。如果检出电动机过载，则发生OL1(电动机过载)，并切断变频器输出。设定值为2:变频器专用电动机 (恒定转矩范围1∶10)。在运行变频器专用电动机时进行该设定。该电动机的负载为100%时，可进行10%～100%的速度控制。以低于此的速度在负载为100%的状态下运行时，电动机将过载。转矩转速容许负载图如图2所示。

图2 转矩转速容许负载图

(2)L3—04:减速中防止失速功能选择，减速中防止失速，即按照主回路直流电压控制减速率，利用高惯性负载或突然减速来防止发生OV(主回路过电压)的功能。设定值为3:有效 (带制动电阻)，带制动电阻器的失速防止功能有效。

2.位置显示

编码器通过编码器接口模块 SMC20、DRIVE-CLIQ集线器模块DMC20连接到驱动模块，通过系统参数设定在数控系统显示器上显示横梁位置，系统设定为W轴。双丝杠上均安装有旋转绝对编码器，均为闭环控制，一侧作为横梁位置显示，一侧作为位置监控，实现运动同步保护功能。

3.功能调试

(1)参数设定如下:

通用参数:

(2)调试步骤:①检查横梁部分电气连线是否正确:首先是变频电动机抱闸部分，必须保证横梁未移动时抱闸线圈处于失电状态，横梁移动时抱闸线圈处于得电状态，否则会造成横梁脱落或损伤电动机;还要着重检查横梁限位开关是否工作正常等。②设置变频器相关参数及数控系统参数。③调整横梁编码器使其能够正常工作，查看数控系统通用参数MD14514［0］设置是否正常，此参数用来设置左右编码器数值比较的报警值。④在横梁底部用机械或液压等装置顶住横梁。⑤脱开电动机与机械联接部分 (左右均脱开)，手动摇动换向器手摇轮 (微动，能观察到旋转方向即可)，观察各联接部分旋转方向是否如图1所示，图1中所示方向为横梁正向移动时各部件旋转方向。⑥用变频器操作器使电动机以低速旋转，并观察电动机轴旋转方向，此时电动机转向为正，如旋转方向跟机械各部件图1所示旋转方向不一致则改变电动机相序即可。⑦联接电动机与机械部分，调整横梁压板，使压板能正常锁紧、松开。⑧调整横梁水平，使水平值在正常的允许范围内。⑨通过数控系统，在手动方式下，低速提升横梁，再次确认横梁移动方向是否为正，如移动方向向下则立刻停止横梁移动，修改控制变频器正反转极性PLC参数。⑩调试完成，正常使用横梁升降系统。

(3)横梁运动同步保护:横梁运动同步保护位置偏差限制值设置在参数MD14510［0］里，设定值一般不要超过0.03mm。当横梁实际偏差值超过设定值时，数控系统会触发一个PLC报警，提示横梁需要重新进行调平处理，此时进给轴停止运动，NC读入禁止。

4.结语

由一个双输出轴变频电动机经换向器、减速机、丝杠带动横梁沿立柱上下移动，左右两根丝杠顶端均配有绝对值旋转编码器进行位置显示和同步保护，这种数控变频技术成熟可靠，性价比极高，具有广泛的推广性。