摘要：數(shù)控槍鉆是一種高效、高精度、高專業(yè)化的深孔加工機(jī)床，廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車行業(yè)、模具行業(yè)、軍工行業(yè)、航空航天等行業(yè)零件的深孔加工。本文以某機(jī)床0EM配套商生產(chǎn)的數(shù)控槍鉆主軸電機(jī)采用英威騰Goodrive35變頻器控制為例，詳細(xì)講述數(shù)控槍鉆的工藝特性，以及Goodrive35變頻器應(yīng)用在數(shù)控槍鉆主軸電機(jī)上的優(yōu)越性。

　　關(guān)鍵詞：Goodrive35 數(shù)控槍鉆 變頻器 閉環(huán)矢量 深孔加工

　　1.數(shù)控槍鉆簡介及其工藝特性

　　數(shù)控槍鉆深孔加工示意圖

　　在機(jī)器零件加工中，一般深徑比L/D大于5時(shí)稱為深孔。深徑比約為40-50的深孔加工，是一種加工難度大、技術(shù)含量高、加工專業(yè)程度高的孔加工技術(shù)。傳統(tǒng)麻花鉆在深孔加工中，會(huì)出現(xiàn)排屑困難以及派生出來的鉆頭壽命短等不利因素。相比于傳統(tǒng)麻花鉆，數(shù)控槍鉆在深孔加工中具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　（1）排屑通暢。數(shù)控槍鉆在加工深孔時(shí)，具有一定壓力的切削液通過槍桿和刀頭，在孔內(nèi)能良好的分屑、卷屑和斷屑，并同時(shí)將切屑強(qiáng)制排出。

　?。?）冷卻和潤滑充分。在鉆屑過程中，具有一定壓力的切削液不僅能將高速時(shí)產(chǎn)生的熱量帶走，而且還有潤滑作用和防腐作用。

　?。?）良好的加工精度和表面粗糙度。

　　（4）加工效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。因數(shù)控槍鉆切削速度和進(jìn)給量都比普通切削加工快，鐵屑由切削液強(qiáng)制排出，不存在加工中倒屑現(xiàn)象，所以加工效率高。而數(shù)控槍鉆屬于半自動(dòng)機(jī)床，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

　　2.現(xiàn)場工況

　　2.1電機(jī)參數(shù)

電機(jī)類型	三相異步電機(jī)	額定功率	3.7KW	額定轉(zhuǎn)速	1500r/min
額定電壓	380V	額定電流	9.5A	額定頻率	50HZ
控制方式	端子控制	頻率給定方式	模擬量給定(0-10V)	控制模式	閉環(huán)矢量控制模式

　　2.2實(shí)景圖片

　　數(shù)控槍鉆機(jī)床 

應(yīng)用在主軸電機(jī)上的變頻器

　　3.數(shù)控槍鉆主軸電機(jī)對(duì)變頻器的需求

　　數(shù)控槍鉆主軸電機(jī)要求采用變頻器來實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。數(shù)控槍鉆主軸電機(jī)需要變頻器在低頻時(shí)啟動(dòng)力矩大，快速起停。轉(zhuǎn)矩響應(yīng)要快，穩(wěn)速精度要高，抗干擾能力強(qiáng)。高速時(shí)電機(jī)噪音小，電機(jī)無異常抖動(dòng)。主軸電機(jī)最大轉(zhuǎn)速要求為6300r/min，最大輸出頻率為210HZ。速度脈沖編碼器安裝在主軸電機(jī)上,槍鉆主軸和主軸電機(jī)通過同步皮帶連接,輸入輸出帶輪直徑比值為1.5:1，亦即主軸電機(jī)最大速度為6300r/min,槍鉆主軸最大速度為4200r/min。

　　4.Goodrive35應(yīng)用在數(shù)控槍鉆上的優(yōu)勢

　?。?）采用高性能閉環(huán)矢量控制模式，使Goodrive35變頻器具有優(yōu)異的控制性能，無論在加減速時(shí)間、力矩、轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、運(yùn)行電流、電機(jī)噪音、穩(wěn)速精度等方面均有出色表現(xiàn)。

　　（2）過載能力強(qiáng)，優(yōu)異的電流限幅特性，適用于重載應(yīng)用場合，可有效減少變頻器過載、過流保護(hù)誤動(dòng)作，最大限度保障生產(chǎn)連續(xù)性。

　?。?）環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)上采用獨(dú)立風(fēng)道設(shè)計(jì)，可應(yīng)用于多油污、高粉塵和高濕熱等惡劣環(huán)境，能有效降低變頻器故障率，延長使用壽命。

　?。?）標(biāo)配C3濾波器，有效濾除電網(wǎng)對(duì)變頻器的干擾，同時(shí)抑制變頻器整流開關(guān)元器件產(chǎn)生的高次諧波對(duì)控制回路弱電信號(hào)的干擾，保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。

　　5.調(diào)試過程及參數(shù)設(shè)置

　　5.1現(xiàn)場接線示意圖

　　CNC數(shù)控系統(tǒng)與Goodrive35接線示意

　　5.2調(diào)試步驟

　?。?）編碼器參數(shù)及方向設(shè)定

　　CNC數(shù)控系統(tǒng)、變頻器和速度脈沖編碼器之間的連線接好后，然后測試編碼器。設(shè)置編碼器線數(shù)P20.01，設(shè)置P00.00=2，P00.10=20Hz，運(yùn)行電機(jī)，此時(shí)電機(jī)旋轉(zhuǎn)為20Hz，觀察P18.00的測速值應(yīng)接近20Hz，如果測速值為負(fù)，則表明編碼器方向反向了，設(shè)置P20.02=1即可，如果測速值偏差較大，則表明P20.01設(shè)置錯(cuò)誤。觀察P18.02 Z脈沖計(jì)數(shù)值是否波動(dòng)，如果波動(dòng)，表明編碼器有干擾或者P20.01設(shè)置錯(cuò)誤，檢查接線及屏蔽線是否良好接地。

　?。?）電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)

　　記錄電機(jī)銘牌參數(shù)，然后設(shè)置參數(shù)P02.00~P02.05。設(shè)置P00.00=1，開環(huán)矢量運(yùn)行模式，并設(shè)置參數(shù)P00.15=1（旋轉(zhuǎn)參數(shù)自學(xué)習(xí)），同時(shí)給運(yùn)行命令，電機(jī)會(huì)先靜止然后再旋轉(zhuǎn)到2/3的額定轉(zhuǎn)速，自學(xué)習(xí)完成后，自動(dòng)停機(jī)，鍵盤顯示-END-，并且將學(xué)習(xí)得到的參數(shù)保存在P2組電機(jī)參數(shù)P02.06~P02.10中。

　　注：進(jìn)行上述動(dòng)態(tài)自學(xué)習(xí)時(shí)需要把電機(jī)軸與機(jī)械負(fù)載脫開，而進(jìn)行靜態(tài)自學(xué)習(xí)則不需要脫開機(jī)械負(fù)載。

　?。?）試運(yùn)行電機(jī)

　　設(shè)置P00.00=3，閉環(huán)矢量控制模式，同時(shí)設(shè)置運(yùn)行指令通道及頻率給定源。調(diào)整加減速時(shí)間及P3組速度環(huán)及電流環(huán)PI參數(shù)，使之在整個(gè)范圍內(nèi)運(yùn)行平穩(wěn)。

　?。?）端子功能設(shè)定

　　參考說明書P5,P6組輸入輸出端子功能進(jìn)行端子功能的設(shè)定。注：Goodrive35說明文檔由Goodrive300產(chǎn)品說明書和Goodrive35附加說明書共同組成。

　　5.3典型參數(shù)設(shè)置　

功能碼	名稱	設(shè)置值	備注
P0.00	速度控制模式	3	調(diào)試時(shí)先設(shè)置2（V/F控制），確認(rèn)編碼器無誤后再設(shè)置為3，詳見下面的調(diào)試步驟
P00.01	運(yùn)行指令通道	1	端子運(yùn)行
P00.03	最大輸出頻率	210HZ	1、210Hz對(duì)應(yīng)6300rpm（4極電機(jī)）
			2、模擬量設(shè)定頻率時(shí)，10V對(duì)應(yīng)最大輸出頻率，可根據(jù)需要調(diào)整該最大頻率值
P00.04	運(yùn)行頻率上限	210HZ
P00.06	A頻率指令選擇	1	模擬量AI1設(shè)定
P00.11	加速時(shí)間1	3S
P00.12	減速時(shí)間1	3S
P03.03	速度環(huán)比例增益2	15	速度環(huán)和電流環(huán)比例增益，可采用出廠值，如果電機(jī)有震動(dòng)，可適當(dāng)降低增益
P03.09	電流環(huán)比例增益	800
P03.22	弱磁系數(shù)	0.6	弱磁控制參數(shù)，一般不需要調(diào)整
P03.26	弱磁比例增益	800
P05.01	S1端子功能	1	正轉(zhuǎn)運(yùn)行
P06.04	繼電器RO2輸出選擇	5	變頻器故障
P06.15	AO2輸出選擇	9	輸出轉(zhuǎn)矩
P08.37	能耗制動(dòng)使能	1
P20.01	編碼器脈沖數(shù)	1024	按照編碼器實(shí)際的線數(shù)來設(shè)定
P20.02	編碼器方向	0或1	可根據(jù)P18.00測速值的正負(fù)來確定編碼器方向
P18.00	編碼器實(shí)測頻率		1、該參數(shù)是只讀參數(shù)，不可更改
			2、編碼器測速值，與實(shí)際轉(zhuǎn)速的大小及正負(fù)方向應(yīng)一致，否則編碼器方向反或者編碼器脈沖數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤
P18.02	編碼器Z脈沖計(jì)數(shù)值		1、該參數(shù)是只讀參數(shù)，不可更改
			2、Z脈沖計(jì)數(shù)值應(yīng)保持不變，否則說明有干擾或者編碼器線數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤

　　6.客戶評(píng)價(jià)

　　試機(jī)過程中，跟某品牌伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行比較：在數(shù)控槍鉆進(jìn)行深孔加工時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速一般要求在2100r/min至2500r/min之間，實(shí)際測試效果是Goodrive35變頻器在電機(jī)噪音及振動(dòng)方面的性能均要優(yōu)于某品牌伺服驅(qū)動(dòng)器。Goodrive35變頻器在數(shù)控槍鉆主軸電機(jī)上的應(yīng)用，完全可以滿足客戶要求，獲得客戶高度肯定。