安川CIMR-VA4A0005变频器在数控机床的应用

张强

（沈阳机床股份有限公司沈一车床厂技术部，辽宁沈阳110142）

安川CIMR-VA4A0005变频器在数控机床的应用

张强

（沈阳机床股份有限公司沈一车床厂技术部，辽宁沈阳110142）

安川CIMR-VA4A0005（HD1.5 kW）变频器在ETC3650EE数控机床的应用，控制电路和PLC逻辑控制。

安川变频器；松本电动卡盘；三共刀架；PLC

0 前言

早期通用的变频器多采用开环恒压比（V/F为常数）的控制方式，其优点是控制结构简单、成本较低，缺点是系统性能不高。具体来说，其控制曲线随着负载的变化而变化；转矩响应慢，电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而使性能下降、稳定性变差，速精度受转差率及负载的影响，无法精确控制电机的实际转速，存在控制精度低、动态性能差、故障率高、控制功能少等缺点，而且提高定子电压的补偿难以完全与负载匹配，低速转矩不足。因此，V/F控制变频器尤其不适用于诸如数控机床主轴、伺服等要求高精度、快响应的传动机械。CIMRVA4A0005（HD1.5 kW）变频器采用先进的无速度传感器矢量控制技术，电机在低速时转矩大，且速度精度高，功能齐全，能够自动侦测电机动态运转的参数并做出相应调整，以保证电机在最高效率状态下运转，因此，无速度传感器矢量变频器可以代替交流伺服系统，是机床行业的最佳选择。

1 CIMR-VA4Ai0005变频器控制电路

机床配置的电动松本卡盘和三共刀架共用1个CIMRVA4Ai0005变频器，大大减少了机床配置的复杂性，提高了机床的通用性，控制原理见图1，多段速度指令选择见表1。

图1 控制原理

R，S，T表示3相380 V输入电源，控制端的输入端子S1～ S6由列表可知其功能，滑动电阻用来调节其输出电流（扭矩）大小，端子MB是变频器的故障输出，P1表示卡盘卡紧监测点，当电流（扭矩）到达设定值时，P1点的信号由0变为1，P2是第二电机选择检测点，当M2电机被选择后，P2点的信号由0变为1，MC1表示接触器，当MC1吸合后，表示选择M1电机，MC2表示接触器，当MC2吸合后，表示选择M2电机。电机M1用来控制卡盘卡紧和松开，由图1和图2可知，电机M1的正反转可以带动齿轮正反转运行，通过蜗轮蜗杆，运动传到扳手上，扳手顺时针旋转或者逆时针旋转可以实现卡盘卡紧松开功能。电机M2主要用来控制三共刀架换刀，由于三共刀架采用凸轮式的结构，刀架本身没有编码器，只有一个计数器和正位开关，因此要求变频器必须具备控制精度高，反应要求快的性能。

表1 脚号组合含义

2 PLC逻辑控制

在编制PLC程序的时候，一定要考虑其安全性，系统内部的编程软件和外部的硬件需做好互锁保护措施，比如接触器MC1和接触器MC2不能够同时吸合，扳手的底端没有落到卡盘的孔内时，禁止操作卡盘卡紧松开动作，扳手没有完全回退到安全位置时，不能启动主轴等，否则会对机床造成损坏甚至危害人的生命安全。

因为电机的旋转方向不一样，其输出的最大扭矩（变频器里由电流设定）是不一样的，所以在选择卡盘是内恰还是外卡时，其变频器里的参数是不一样的，如果改变内外卡功能而没有相应更改变频器里的参数，扳手往往会被破坏。

图2 松本卡盘机构图

（1）当卡盘卡工件的外径时，变频器参数修改。①H3-02由11改为10，端子AI功能选择，即正转转矩极限。②L7-01由200改为50，正转转矩极限值为50。③L7-02由50改为200，反转转矩极限值为200。

（2）当卡盘卡工件的内径时，变频器参数修改。①H3-02由10改为11，反转转矩极限值为200。②L7-01由50改为200，正转转矩极限值为200。③L7-02由200改为50，反转转矩极限值为50。

由图1可以看出，M1电机零速度外有3个速度可供选择，选择那个速度等级取决于控制的机械结构及负载，用户可以根据实际需求选择控制速度，ETC3650EE采用中等速度级。

由于三共刀架采用凸轮式的结构，所以存在一个电机转动而刀盘不转动的范围，每当刀位到位后，变频器要立即停止输出，电机要求立刻停止转动，但由于转动惯量的作用，电机停止后刀盘还要继续向旋转方向转过一定的角度，如果换刀过程中电机的转动速度过快或者过慢，会造成刀盘未转到正位或者过冲。应根据现场情况，任意给定某一个旋转速度（经验值1000）让刀盘旋转，刀盘检测到正位开关时停止旋转，查看凸轮的中间位置是否与正位开关位置相重合（中间位置目测即可），如果凸轮中间位置未到正位开关位置附近，可以把旋转速度提高，反之减小旋转速度，反复现场试验，直到找到满意的状态。三共刀架换刀时，其动力是由普通的交流电机通过皮带传递到刀架的轮盘上，由于其独特的结构，适合高速的换刀场合，与电动刀架、液压刀架相比，其换刀效率大大提高，且换刀时动作平稳，没有噪音，与德国的绍特伺服刀架相当。由于篇幅原因，上述两个电机相关的PLC程序不再具体编制。

〔编辑 凌瑞〕

TG659

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.27