引言
由于機床加工范圍較廣，不同的工件，不同的工序，使用不同的刀具，要求機床執(zhí)行部件具有不同的運動速度，因此機床的主運動應能進行調(diào)速，機床用戶對變頻器產(chǎn)品的調(diào)速作用更為關注。
主軸是車床構成中一個重要的部分，對于提高加工效率，擴大加工材料范圍，提升加工質(zhì)量都有著很重要的作用，變頻器主要應用于主軸調(diào)速系統(tǒng)。目前在經(jīng)濟型自動車床行業(yè)，變頻器以其低成本優(yōu)勢得到了廣泛的應用。
一、自動車床工藝介紹
1.自動車床簡介
自動車床，是一種高性能，高精度，低噪音的走刀式自動車床，是通過凸輪來控制加工程序的自動加工機床。另外也有一些數(shù)控自動車床與氣動自動車床以及走心式自動車床，其基本核心是可以經(jīng)過一定設置與調(diào)教后可以長時間自動加工同一種產(chǎn)品。特別適合銅、鋁、鐵、塑料等精密零件加工制造，適用于儀表、鐘表、汽車、摩托、自行車、眼鏡、文具、五金衛(wèi)浴、電子零件、接插件、電腦、手機、機電、軍工等行業(yè)成批加工小零件，特別是較為復雜的零件。
2自動車床工藝說明
裝工件:主軸轉(zhuǎn)動到固定位置，機械手將工件裝入卡盤內(nèi)；
加工工件:主軸快速加速到所需轉(zhuǎn)速，通過刀臺的移動加工產(chǎn)品；
卸工件:加工完成，將產(chǎn)品從卡盤內(nèi)推出，同時卡盤快速的轉(zhuǎn)動到固定位置裝入下一個工件。
二、現(xiàn)場工藝要求及調(diào)試方案
1.現(xiàn)場要求:
（1）啟停速度快---加減速時間要求：加速0.5S，減速0.3S；
（2）定位響應快---定位時間：1秒以內(nèi)；
（3）定位精度要求高---在2個脈沖以內(nèi)；
2.調(diào)試方案
改造系統(tǒng)采用的方案為：高性能閉環(huán)矢量變頻器+分頻卡。系統(tǒng)方案中，變頻器配備分頻卡，使系統(tǒng)工作運行在閉環(huán)矢量控制模式，實現(xiàn)變頻定位功能。因為在自動車床中，負載慣量大、減速時間短，需配備制動電阻，具體選型方法《V560系列高性能矢量變頻器說明書》。
圖1 電氣接線圖
3、主軸變頻定位系統(tǒng)原理
本方案整體控制框圖見下圖2。變頻器采用不控整流方式從三相電網(wǎng)取電，由三相逆變?nèi)珮蛲ㄟ^空間矢量調(diào)制（SVPWM）、閉環(huán)矢量控制（Field orientation control）實時控制主軸電機；通過傳動機構，將轉(zhuǎn)速信號反饋到變頻器控制單元，反饋的轉(zhuǎn)速信號通過分頻卡換算為角度信號，與設定的角度做差，經(jīng)過PID單元運算（加速過程PID,穩(wěn)態(tài)過程PID）得到下一拍主軸電機控制轉(zhuǎn)速指令（具有轉(zhuǎn)矩限幅功能）， 從而實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速、定位角度的實時精確控制。
圖2 主軸變頻定位系統(tǒng)原理框圖
4、調(diào)試步驟及參數(shù)設定：
系統(tǒng)中涉及到PID運算，在設置比例增益P值、積分時間I值、微分時間D值時要按以下原則設置：轉(zhuǎn)速比例增益P值越大響應越快，但系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，過大的增益可導致轉(zhuǎn)速震蕩；積分時間常數(shù)I值越小響應越快，轉(zhuǎn)速超調(diào)越大，穩(wěn)定性越差。該參數(shù)與系統(tǒng)慣量成正比，慣量較大時，該參數(shù)應當設置較大數(shù)值。
參數(shù)組中轉(zhuǎn)速比例增益1在主軸加速過程中有效，數(shù)值較比例增益2大，用于提高響應速度；比例增益2用于穩(wěn)態(tài)過程PI調(diào)整，為了增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，該參數(shù)數(shù)值較小。加速過程中兩組PI參數(shù)可以通過滯環(huán)或連續(xù)切換方式，自動切換。
3、調(diào)試中出現(xiàn)的問題與解決方法：
（1）電機運行時出現(xiàn)震動及噪音
該現(xiàn)象原因：過大的增益比例P值有可能使轉(zhuǎn)速震蕩，從而穩(wěn)速精度下降，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定；反之，加速過程緩慢，系統(tǒng)響應速度降低。載波頻率主要影響運行中的音頻噪聲和熱效應：載波頻率值較小，雖然提高了變頻器可帶最大負載量，但產(chǎn)生的噪音將同樣會增大。
解決方法：調(diào)整適當?shù)腜ID增益（F8.1.21和F8.1.25）；增大載波頻率。
（2）定位精度不高，定位時間長
該現(xiàn)象原因：過小的位置環(huán)增益，導致了系統(tǒng)響應速度減慢，在工況頻繁變化的情況下定位精度下降。
解決方法：增大位置環(huán)PID的增益(Fb.2.21)。
三、實驗結果分析
南方某數(shù)控機床廠采用該變頻定位方案過程后，達到交流主軸伺服驅(qū)動的性能，在一臺電機功率為2.2KW的自動車床上進行試運行，實驗結果如下：
總結
通過實際的生產(chǎn)運用，將本方案應用于自動車床，實現(xiàn)了一次裝夾，節(jié)省了外部按鈕及中間繼電器，且加工效率也提高近20%，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，充分的發(fā)揮經(jīng)濟型數(shù)控車床的優(yōu)越性；經(jīng)過長期應用，本方案運行穩(wěn)定、響應迅速、定位精度高，與專用的交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)相比更適合應用于經(jīng)濟型自動車床領域。
參考文獻：
1.《V560系列高性能矢量變頻器說明書》 深圳市四方電氣技術有限公司
