數(shù)控變頻技術(shù)在橫梁升降系統(tǒng)上的應(yīng)用

沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司（遼寧 110142) 張秀印 王秀軍

VTC系列數(shù)控車床橫梁升降系統(tǒng)由一個(gè)雙輸出軸變頻電動(dòng)機(jī)經(jīng)換向器、減速機(jī)和絲杠帶動(dòng)橫梁沿立柱上下移動(dòng)，通過(guò)一個(gè)導(dǎo)向壓板及八個(gè)鎖緊壓板實(shí)現(xiàn)橫梁的定位及鎖緊，定位時(shí)通過(guò)液壓系統(tǒng)使壓板松開，定位結(jié)束后斷開液壓系統(tǒng)，彈簧鎖緊。變頻電動(dòng)機(jī)由變頻器控制，橫梁的升降可以進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)編程控制。橫梁左右兩根絲杠頂端均配有絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器，用來(lái)檢測(cè)橫梁是否保持水平及位置顯示，實(shí)時(shí)檢測(cè)橫梁左右絲杠的位置偏差，位置偏差超過(guò)機(jī)械極限設(shè)定值數(shù)控系統(tǒng)則觸發(fā)報(bào)警，同時(shí)提高機(jī)床穩(wěn)定性。

這種橫梁升降系統(tǒng)，由機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)同步，由編碼器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制與同步檢測(cè)保護(hù)功能，同時(shí)可以由數(shù)控系統(tǒng)作為伺服軸進(jìn)行控制，是一種性價(jià)比很高的數(shù)控機(jī)床橫梁升降系統(tǒng)成功解決方案。現(xiàn)結(jié)合西門子802Dsl系統(tǒng)為例對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

圖1所示為調(diào)試時(shí)橫梁上升運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各部件的旋轉(zhuǎn)方向。

圖1 橫梁上升部件旋轉(zhuǎn)方向圖

1.變頻控制

變頻電動(dòng)機(jī)及抱閘裝置由變頻器控制，變頻器的速度給定由數(shù)控系統(tǒng)MCPA部件輸出的模擬電壓控制，變頻器的啟動(dòng)停止等由PLC進(jìn)行控制。

橫梁升降控制的兩個(gè)重要變頻參數(shù):

(1)L1—01:電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能選擇，變頻器具有通過(guò)電子熱繼電器進(jìn)行過(guò)載保護(hù)的功能。這是以輸出電流、輸出頻率和電動(dòng)機(jī)的熱特性等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計(jì)算電動(dòng)機(jī)過(guò)載耐量的功能。如果檢出電動(dòng)機(jī)過(guò)載，則發(fā)生OL1(電動(dòng)機(jī)過(guò)載)，并切斷變頻器輸出。設(shè)定值為2:變頻器專用電動(dòng)機(jī) (恒定轉(zhuǎn)矩范圍1∶10)。在運(yùn)行變頻器專用電動(dòng)機(jī)時(shí)進(jìn)行該設(shè)定。該電動(dòng)機(jī)的負(fù)載為100%時(shí)，可進(jìn)行10%～100%的速度控制。以低于此的速度在負(fù)載為100%的狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)將過(guò)載。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速容許負(fù)載圖如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速容許負(fù)載圖

(2)L3—04:減速中防止失速功能選擇，減速中防止失速，即按照主回路直流電壓控制減速率，利用高慣性負(fù)載或突然減速來(lái)防止發(fā)生OV(主回路過(guò)電壓)的功能。設(shè)定值為3:有效 (帶制動(dòng)電阻)，帶制動(dòng)電阻器的失速防止功能有效。

2.位置顯示

編碼器通過(guò)編碼器接口模塊 SMC20、DRIVE-CLIQ集線器模塊DMC20連接到驅(qū)動(dòng)模塊，通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定在數(shù)控系統(tǒng)顯示器上顯示橫梁位置，系統(tǒng)設(shè)定為W軸。雙絲杠上均安裝有旋轉(zhuǎn)絕對(duì)編碼器，均為閉環(huán)控制，一側(cè)作為橫梁位置顯示，一側(cè)作為位置監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)同步保護(hù)功能。

3.功能調(diào)試

(1)參數(shù)設(shè)定如下:

通用參數(shù):

(2)調(diào)試步驟:①檢查橫梁部分電氣連線是否正確:首先是變頻電動(dòng)機(jī)抱閘部分，必須保證橫梁未移動(dòng)時(shí)抱閘線圈處于失電狀態(tài)，橫梁移動(dòng)時(shí)抱閘線圈處于得電狀態(tài)，否則會(huì)造成橫梁脫落或損傷電動(dòng)機(jī);還要著重檢查橫梁限位開關(guān)是否工作正常等。②設(shè)置變頻器相關(guān)參數(shù)及數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)。③調(diào)整橫梁編碼器使其能夠正常工作，查看數(shù)控系統(tǒng)通用參數(shù)MD14514［0］設(shè)置是否正常，此參數(shù)用來(lái)設(shè)置左右編碼器數(shù)值比較的報(bào)警值。④在橫梁底部用機(jī)械或液壓等裝置頂住橫梁。⑤脫開電動(dòng)機(jī)與機(jī)械聯(lián)接部分 (左右均脫開)，手動(dòng)搖動(dòng)換向器手搖輪 (微動(dòng)，能觀察到旋轉(zhuǎn)方向即可)，觀察各聯(lián)接部分旋轉(zhuǎn)方向是否如圖1所示，圖1中所示方向?yàn)闄M梁正向移動(dòng)時(shí)各部件旋轉(zhuǎn)方向。⑥用變頻器操作器使電動(dòng)機(jī)以低速旋轉(zhuǎn)，并觀察電動(dòng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)方向，此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向?yàn)檎缧D(zhuǎn)方向跟機(jī)械各部件圖1所示旋轉(zhuǎn)方向不一致則改變電動(dòng)機(jī)相序即可。⑦聯(lián)接電動(dòng)機(jī)與機(jī)械部分，調(diào)整橫梁壓板，使壓板能正常鎖緊、松開。⑧調(diào)整橫梁水平，使水平值在正常的允許范圍內(nèi)。⑨通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)，在手動(dòng)方式下，低速提升橫梁，再次確認(rèn)橫梁移動(dòng)方向是否為正，如移動(dòng)方向向下則立刻停止橫梁移動(dòng)，修改控制變頻器正反轉(zhuǎn)極性PLC參數(shù)。⑩調(diào)試完成，正常使用橫梁升降系統(tǒng)。

(3)橫梁運(yùn)動(dòng)同步保護(hù):橫梁運(yùn)動(dòng)同步保護(hù)位置偏差限制值設(shè)置在參數(shù)MD14510［0］里，設(shè)定值一般不要超過(guò)0.03mm。當(dāng)橫梁實(shí)際偏差值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)一個(gè)PLC報(bào)警，提示橫梁需要重新進(jìn)行調(diào)平處理，此時(shí)進(jìn)給軸停止運(yùn)動(dòng)，NC讀入禁止。

4.結(jié)語(yǔ)

由一個(gè)雙輸出軸變頻電動(dòng)機(jī)經(jīng)換向器、減速機(jī)、絲杠帶動(dòng)橫梁沿立柱上下移動(dòng)，左右兩根絲杠頂端均配有絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行位置顯示和同步保護(hù)，這種數(shù)控變頻技術(shù)成熟可靠，性價(jià)比極高，具有廣泛的推廣性。