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NUM係統星三角轉換功能在數控機床中的應用

2021-7-19 來源：秦川機床工具集團股份公司作者：淮睿

摘要：闡述（shù）了數控機床的發展現狀。介紹了（le）NUM數（shù）控係統星三角轉換功能及其使用（yòng）方法。詳細介紹了該功能（néng）在數控機床中的應用。

關鍵詞：數控機床；星三角轉換；電主軸

0 引言

近年（nián）來，隨（suí）著我國（guó）裝備製造（zào）業的飛速發展，對於數控機床的功能要求也是越來越高，尤其是電主軸，許多零件（jiàn）在加工（gōng）的時候就要求主軸（zhóu）既能在低速（sù）時實現重切，以此來提高效率；又能在高速時實現精切，以此來提高精度。為此，電動機廠（chǎng）商在這方麵也做（zuò）了大量的（de）工作，開（kāi）發出了一款寬轉（zhuǎn）速範圍並且能夠實現星/三角控製運行的電主軸，這樣既可以在星形連接下運行（háng），又可以在三角形連接下運（yùn）行，從而實（shí）現了低速加工時能夠滿足大（dà）轉（zhuǎn）矩輸出，高速精加工時又能夠滿足大功率輸出。那（nà）麽，對於機床製造商來說，要想給機床配備這種電主軸，就必須考慮如何使用伺服驅動器控製（zhì）這種電主軸實現星三角自動轉換運行，同時還要確保（bǎo）機床能夠穩（wěn）定、可靠地運行。

1、星三角轉換功能控製原理

現如今，數控（kòng）係統的功能越來（lái）越強大，NUM係統實現星三角轉換功能的控製原理是：通過伺服驅動器S7口PROGO1和PROGO2（針腳號分別是pin2和pin3）來控製星三角自動轉換。在PLC程序（xù）中通過係統主軸速度控製（zhì）字%R1C.W（ Spindle 1 Speed Reference）判斷主軸（zhóu）1轉速，當（dāng）轉速值達到星三角（jiǎo）轉換設置的轉速值時（shí），控製星三角轉換的係（xì）統伺服驅動控製字%Wezz.7（Spindle ElectricalConfiguration，0: low range；1: high range）由 0 置 1 後，PROGO1口關閉，PROGO2口輸（shū）出，從而實現了主軸星三

角自動轉換運行的控製。驅動器初始（shǐ）上電時PROGO1口輸出，PROGO2口關閉（bì）[1]。

2、應用實例

某數控機床，電主軸選用的是Franz Kessler公司的DMS係列（liè）異步電主軸，並（bìng）配置NUM 數控係統及其HP係列（liè）伺服驅動（dòng）器MDLU3150N01AN。安裝在電動機（jī）內部的編碼器GEL 2442 KM1G3K150（Lenord & Bauer），將速度和位置信號反饋到數（shù）控係統中，控（kòng）製電主（zhǔ）軸運轉，從而達到精確、可靠的定位和回轉運（yùn）動。電（diàn）主軸星三角轉換（huàn）動力回路和控製（zhì）回路的（de）接線圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 星三角轉換動力（lì）回路接（jiē）線圖

圖（tú）2 星三角轉換控製回路接線圖

從圖2中可以看到，當PROGO1輸出時，繼（jì）電器KA8線圈得電，主軸星形控製回路的常開觸點KA8吸合，接觸器KM8線圈（quān）得電，然後使圖（tú）1中的KM8主（zhǔ）觸點吸合，從而使電動機第二組動力線U2\V2\W2短接在（zài）一起，第一組動力線U1\V1\W1直接接入驅動（dòng）器，形成了主軸的星形接法；當PROGO2輸出時，繼電器KA7線圈得電，主軸三角形控製（zhì）回路的常開觸點KA7吸合，接觸器（qì）KM7線圈得電，然後使圖1中的（de）KM7主觸點吸合，從而使電動機第一（yī）組動力線U1\V1\W1分別和V2\W2\U2連接在一起再接入驅動器，形成了主軸（zhóu）三角形接法。另外，從圖2中還可以看到，為了避免KM7和KM8同時吸合，需要將各自的常閉（bì）觸點分別串接（jiē）在對方（fāng）的控製回路中，實現了互鎖控製[2-4]。按照圖樣設計（jì）要求（qiú），硬件接線如圖3～圖（tú）6所示（shì）。

圖3 電動機動力線對接（jiē）圖

圖4 星（xīng）三角運（yùn）行接觸器接（jiē）線圖

圖5 驅動器S7口接線圖

圖6 星三角控（kòng）製繼電器接線圖

配置過程分為以下3個階段：

第一階段：利用NUM調試軟件對（duì）主軸驅動進行配置，包括電動機、編（biān）碼器的配置。電動機選擇的是通用型異步電動機，即997：Generic Asynchronous(10 kHz)，編碼器選擇的是電動機（jī）實際使用（yòng）的編（biān）碼（mǎ）器（qì）223：Lenord&Bauer，如（rú）圖7所示。

圖7 主軸電動機及編碼器配置

第二階段：根據電動機廠（chǎng）家提供的額定參數測算驅動參數並下（xià）載到驅動中（zhōng）。驅動參數分為低速（星形連接）運行時（shí）的參數，後綴為（wéi）l.r；高速（sù）（三角形連接）運行時的參數，後綴（zhuì）為h.r。當電動機運行在星形連接方式時，係統自動調用驅動器l.r這組（zǔ）參（cān）數；當電動機運行在三角形（xíng）連（lián）接方式時，係統自動調用驅動器h.r這組參數。其中（zhōng），主軸星三角轉換的關鍵參數（shù）：

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

在PLC中，當S實際≥2800 r/min，即%R1C.W≥6117（主軸最高速度對應的速度控製字最大值是32767，最高轉速設（shè）置為15 000 r/min）時，由PLC給係統發出轉換指令，即%We51.7=1（由NUM手（shǒu）冊中查到：@24號主軸1對應的zz=51），驅（qū）動器S7口的PROGO1和PROGO2狀態分別作出切換，就會使電動（dòng）機由星形連（lián）接自動轉換成三角形連接。電動機星三（sān）角轉換PLC程序和部分驅動參（cān）數如圖8、圖9所（suǒ）示。

圖8 電動機星三角轉換PLC程序圖

圖9 電動機驅動參數（shù）列表

第三階段：主軸電動機（jī）驅動參數的優（yōu）化。當驅動參數設（shè）置完畢後（hòu），就可以在低速下試著運行（háng）主軸了。如在MDI方式下（xià）輸入指令M64M3S100後，按循環啟動，主軸可（kě）以（yǐ）平穩（wěn）運轉。觀（guān）察電動機負載、實際電流、轉速值（zhí）及主軸溫度，均正常。

然（rán）後，需要分別對電動機星形連接的參數和三角形連接的參數進行優化。優化時，要從低速到高（gāo）速（最高設置15 000 r/min），在不同的轉速擋對驅動參數進行優化測試並反複修改參數，最終使得（dé）電動機無論是在低速還是（shì）高速（sù）下都能穩定可靠地運行。

至此，NUM數控（kòng）係統中的星三角轉換功能就配置完成了。由此可見，該功能性能優越，控製簡便，配置成本低，相信日後該功能會得到更加廣泛的應用（yòng）。

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