库马克ES850H系列机床高速主轴伺服控制

• 关键词：库马克,低压变频器,ES850
• 摘要：库马克ES850H系列驱动器在新型多功能机床的应用，该机床的特点是可高速雕洗、高速钻孔，高精度攻牙。主轴电机的最高转速达30000rpm/1000Hz，驱动器始终工作在带编码器的速度闭环模式。在中高速雕洗钻孔要求速度波动小于0.1%，低速攻牙要求动态定位误差小于±5个脉冲。

一、行业概述

1、机床简介及分类

　　机床：是指制造机器的机器，也称工作母机或工具机，习惯上简称机床。

分类：一般分为金属切削机床、锻压机床和木工机床等。现代机械制造中加工机械零件的方法很多，除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等，但凡属精度要求较高和表面粗糙要求加工成较细的零件，一般都需要在机床上用切削的方法进行最终加工。

　　金属切削机床包括：车床、磨床、刨床、钻床、雕铣机、加工中心、机床高速主轴等等。

　　数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床，其较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。后面我们一般遇到的都是数控类机床变频应用。

2、机床高速主轴工艺需求和指标

2.1、机床主轴：

电主轴是将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置（水冷油冷）、内置编码器、换刀装置等等。

2.2、数控机床主轴在采用变频驱动时，对变频器有如下几方面的技术要求：

2.2.1 稳速精度：指主轴运转稳定运行时的转速波动误差，一般开环控制要求在3%以内，闭环控制要求在0.3%以内。

2.2.2 急加/减速：为了提高工作效率，要求变频器的加减速时间尽管短，一般要求在3~5秒完成。

2.2.3 避免超调现象：变频器从一个速度变化到另一个速度时的震荡指标，一般要求超调量越小越好。

2.2.4 低速重切削要求：在加工一些工件时需要变频器低频大转矩输出，低速重切削是衡量变频器是否适合在数控机床主轴应用的最重要的指标。

2.2.5 高可靠性：由于机床加工材料的特殊性，现场金属粉尘、油污、潮湿等恶劣环境，需要变频器更高的防护等级；

2.2.6 高速闭环矢量及定位：某些主轴设备需要几万转速度，做闭环矢量控制，实现定位控制功能，机床刚性攻丝工艺要求主轴做定位控制，0速力矩保持进刀。

3、机床高速主轴刚性攻丝

刚性攻丝：加工内螺纹丝时，同步控制主轴的旋转和Z 轴的进给量，这样攻丝的精度可以得到保证，这个过程就叫做刚性攻丝。

刚性攻丝要求进刀时，主轴处于定位状态，这样每次进刀时的刀口位置是一致的。攻丝和出刀的速度同步，速度精度要求极高，这样才能保证主轴出刀时，螺纹丝不会被弄坏。

二、刚性攻丝工艺参考品牌及对比

1、机床高速主轴做刚性攻丝，变频器可选品牌

　　目前，国产变频器能够满足主轴做刚性攻丝的不多，库马克ES850H及某国产主流产品可以满足行业需求，我司产品从调试性能指标来看占优势；

2、攻丝数据对比

　　库马克变频器可攻M3~M10的螺孔，最高可攻到M10螺孔；某国产主流产品最高只能攻到M8螺孔，攻丝时存在抖动现象。

3、性能对比

　　从加工螺孔型号数据对比来看，库马克变频器拥有更高的低频力矩，更高的稳速精度。

三、ES850H系列机床主轴行业应用关键点

1、机床主轴高速3万转，满足闭环矢量控制；

2、精准的定位控制功能，保证主轴进刀口位置一致；

3、需要攻丝时，稳速精度高（ES850H闭环速度精度±0.01%）、加减速响应时间快（3秒甚至更低的加减速时间）、低速切削力矩大（最高可攻M10螺孔）；

4、变频器配合机床数控系统工作，包括接收和反馈系统速度脉冲信号，端子启停控制等等；

5、使机床实现一机多用，既要实现高速和中速雕铣、打磨、钻孔，也要实现低速刚性攻丝；

6、ES850H系列变频器电气密闭结构，更好的适应现场恶劣环境；

四、调试过程

1、闭环矢量控制参数设置及调试过程

1）、设置63组电机铭牌参数，启动变频器做电机参数静止自学习。

2）、将编码器信号线（8根信号线）正确接入PG卡端子，设置P63.07为1（闭环矢量控制模式），设置P61.00编码器每转脉冲数，测试运行闭环矢量控制。

3）、观察闭环矢量控制运行状态，适当调整23组参数速度环比例增益和积分时间，包括P23.02电流环比例增益和P40.07位置环比例增益，直到电机运行状态稳定。

2、调试定位控制功能

　　设置P40.00为1伺服控制使能，仿真端子DI5使能（P40.01位置控制使能信号）、将主轴用红笔做好标记，测试主轴定位功能。

3、结合系统做刚性攻丝

　　将系统信号线正确接入变频器控制端子（启停正反转及继电器输出信号），系统速度脉冲信号接入PG卡（4根线），PG卡（6根线）反馈当前运行速度脉冲信号给系统。  

刚性攻丝生产过程：

首先，主轴刀钻初孔。

然后，更换刀口攻螺纹丝。主轴加工螺纹孔前，主轴定位使能，RO1继电器输出定位完成信号给系统，此时主轴刀口定位力矩保持，以相同的位置进刀，系统给定脉冲速度信号，主轴提速做攻丝环节，当螺纹深度达到，系统停车，反向运行回刀，当刀口离开螺纹孔，再次做强制定位使能，进入第二个螺纹孔攻丝流程。此过程中，攻丝和回刀要求速度精度非常高，保证螺纹丝在回刀时不会弄坏。

分别做M3~M10不同型号螺纹孔攻丝，观察变频器输出电流及主轴运行情况。

4、系统接线和参数设置

1）、系统接线

2）、参数设置

五、现场图片

结论：

　　库马克ES850H系列驱动器在多功能新型机床上成功应用，用户对加工效果满意，且接线简单，需要调试参数较少，便于推广应用。