淮睿

（秦川機(jī)床工具集團(tuán)股份公司，陜西 寶雞721009）

0 引 言

近年來(lái)，隨著我國(guó)裝備制造業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)于數(shù)控機(jī)床的功能要求也是越來(lái)越高，尤其是電主軸，許多零件在加工的時(shí)候就要求主軸既能在低速時(shí)實(shí)現(xiàn)重切，以此來(lái)提高效率；又能在高速時(shí)實(shí)現(xiàn)精切，以此來(lái)提高精度。為此，電動(dòng)機(jī)廠商在這方面也做了大量的工作，開(kāi)發(fā)出了一款寬轉(zhuǎn)速范圍并且能夠?qū)崿F(xiàn)星/三角控制運(yùn)行的電主軸，這樣既可以在星形連接下運(yùn)行，又可以在三角形連接下運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了低速加工時(shí)能夠滿足大轉(zhuǎn)矩輸出，高速精加工時(shí)又能夠滿足大功率輸出。那么，對(duì)于機(jī)床制造商來(lái)說(shuō)，要想給機(jī)床配備這種電主軸，就必須考慮如何使用伺服驅(qū)動(dòng)器控制這種電主軸實(shí)現(xiàn)星三角自動(dòng)轉(zhuǎn)換運(yùn)行，同時(shí)還要確保機(jī)床能夠穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。

1 星三角轉(zhuǎn)換功能控制原理

現(xiàn)如今，數(shù)控系統(tǒng)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，NUM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)星三角轉(zhuǎn)換功能的控制原理是：通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器S7口PROGO1和PROGO2（針腳號(hào)分別是pin2和pin3）來(lái)控制星三角自動(dòng)轉(zhuǎn)換。在PLC程序中通過(guò)系統(tǒng)主軸速度控制字%R1C.W（Spindle 1 Speed Reference）判斷主軸1轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速值達(dá)到星三角轉(zhuǎn)換設(shè)置的轉(zhuǎn)速值時(shí)，控制星三角轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)控制字%Wezz.7（Spindle Electrical Configuration，0： low range；1： high range） 由0 置1 后，PROGO1口關(guān)閉，PROGO2口輸出，從而實(shí)現(xiàn)了主軸星三角自動(dòng)轉(zhuǎn)換運(yùn)行的控制。驅(qū)動(dòng)器初始上電時(shí)PROGO1口輸出，PROGO2口關(guān)閉[1]。

2 應(yīng)用實(shí)例

某數(shù)控機(jī)床，電主軸選用的是Franz Kessler公司的DMS系列異步電主軸，并配置NUM 數(shù)控系統(tǒng)及其HP系列伺服驅(qū)動(dòng)器MDLU3150N01AN。安裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的編碼器GEL 2442 KM1G3K150（Lenord & Bauer），將速度和位置信號(hào)反饋到數(shù)控系統(tǒng)中，控制電主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到精確、可靠的定位和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。電主軸星三角轉(zhuǎn)換動(dòng)力回路和控制回路的接線圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 星三角轉(zhuǎn)換動(dòng)力回路接線圖

圖2 星三角轉(zhuǎn)換控制回路接線圖

從圖2中可以看到，當(dāng)PROGO1輸出時(shí)，繼電器KA8線圈得電，主軸星形控制回路的常開(kāi)觸點(diǎn)KA8吸合，接觸器KM8線圈得電，然后使圖1中的KM8主觸點(diǎn)吸合，從而使電動(dòng)機(jī)第二組動(dòng)力線U2V2W2短接在一起，第一組動(dòng)力線U1V1W1直接接入驅(qū)動(dòng)器，形成了主軸的星形接法；當(dāng)PROGO2輸出時(shí)，繼電器KA7線圈得電，主軸三角形控制回路的常開(kāi)觸點(diǎn)KA7吸合，接觸器KM7線圈得電，然后使圖1中的KM7主觸點(diǎn)吸合，從而使電動(dòng)機(jī)第一組動(dòng)力線U1V1W1分別和V2W2U2連接在一起再接入驅(qū)動(dòng)器，形成了主軸三角形接法。另外，從圖2中還可以看到，為了避免KM7和KM8同時(shí)吸合，需要將各自的常閉觸點(diǎn)分別串接在對(duì)方的控制回路中，實(shí)現(xiàn)了互鎖控制[2-4]。按照?qǐng)D樣設(shè)計(jì)要求，硬件接線如圖3～圖6所示。

圖3 電動(dòng)機(jī)動(dòng)力線對(duì)接圖

圖4 星三角運(yùn)行接觸器接線圖

圖5 驅(qū)動(dòng)器S7口接線圖

圖6 星三角控制繼電器接線圖

配置過(guò)程分為以下3個(gè)階段：

第一階段：利用NUM調(diào)試軟件對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)進(jìn)行配置，包括電動(dòng)機(jī)、編碼器的配置。電動(dòng)機(jī)選擇的是通用型異步電動(dòng)機(jī)，即997：Generic Asynchronous(10 kHz)，編碼器選擇的是電動(dòng)機(jī)實(shí)際使用的編碼器223：Lenord&Bauer，如圖7所示。

第二階段：根據(jù)電動(dòng)機(jī)廠家提供的額定參數(shù)測(cè)算驅(qū)動(dòng)參數(shù)并下載到驅(qū)動(dòng)中。驅(qū)動(dòng)參數(shù)分為低速（星形連接）運(yùn)行時(shí)的參數(shù)，后綴為l.r；高速（三角形連接）運(yùn)行時(shí)的參數(shù)，后綴為h.r。當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在星形連接方式時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用驅(qū)動(dòng)器l.r這組參數(shù)；當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在三角形連接方式時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用驅(qū)動(dòng)器h.r這組參數(shù)。其中，主軸星三角轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵參數(shù)：

V417：(Defluxing starting speed l.r) =2800 r/min；

圖7 主軸電動(dòng)機(jī)及編碼器配置

在PLC中，當(dāng)S實(shí)際≥2800 r/min，即%R1C.W≥6117（主軸最高速度對(duì)應(yīng)的速度控制字最大值是32767，最高轉(zhuǎn)速設(shè)置為15 000 r/min）時(shí)，由PLC給系統(tǒng)發(fā)出轉(zhuǎn)換指令，即%We51.7=1（由NUM手冊(cè)中查到：@24號(hào)主軸1對(duì)應(yīng)的zz=51），驅(qū)動(dòng)器S7口的PROGO1和PROGO2狀態(tài)分別作出切換，就會(huì)使電動(dòng)機(jī)由星形連接自動(dòng)轉(zhuǎn)換成三角形連接。電動(dòng)機(jī)星三角轉(zhuǎn)換PLC程序和部分驅(qū)動(dòng)參數(shù)如圖8、圖9所示。

圖8 電動(dòng)機(jī)星三角轉(zhuǎn)換PLC程序圖

圖9 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)參數(shù)列表

第三階段：主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)參數(shù)的優(yōu)化。當(dāng)驅(qū)動(dòng)參數(shù)設(shè)置完畢后，就可以在低速下試著運(yùn)行主軸了。如在MDI方式下輸入指令M64M3S100后，按循環(huán)啟動(dòng)，主軸可以平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。觀察電動(dòng)機(jī)負(fù)載、實(shí)際電流、轉(zhuǎn)速值及主軸溫度，均正常。

然后，需要分別對(duì)電動(dòng)機(jī)星形連接的參數(shù)和三角形連接的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化時(shí)，要從低速到高速（最高設(shè)置15 000 r/min），在不同的轉(zhuǎn)速擋對(duì)驅(qū)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化測(cè)試并反復(fù)修改參數(shù)，最終使得電動(dòng)機(jī)無(wú)論是在低速還是高速下都能穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

至此，NUM數(shù)控系統(tǒng)中的星三角轉(zhuǎn)換功能就配置完成了。由此可見(jiàn)，該功能性能優(yōu)越，控制簡(jiǎn)便，配置成本低，相信日后該功能會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。