淮睿

（秦川機床工具集團股份公司，陜西 寶雞721009）

0 引 言

近年來，隨著我國裝備制造業(yè)的飛速發(fā)展，對于數(shù)控機床的功能要求也是越來越高，尤其是電主軸，許多零件在加工的時候就要求主軸既能在低速時實現(xiàn)重切，以此來提高效率；又能在高速時實現(xiàn)精切，以此來提高精度。為此，電動機廠商在這方面也做了大量的工作，開發(fā)出了一款寬轉(zhuǎn)速范圍并且能夠?qū)崿F(xiàn)星/三角控制運行的電主軸，這樣既可以在星形連接下運行，又可以在三角形連接下運行，從而實現(xiàn)了低速加工時能夠滿足大轉(zhuǎn)矩輸出，高速精加工時又能夠滿足大功率輸出。那么，對于機床制造商來說，要想給機床配備這種電主軸，就必須考慮如何使用伺服驅(qū)動器控制這種電主軸實現(xiàn)星三角自動轉(zhuǎn)換運行，同時還要確保機床能夠穩(wěn)定、可靠地運行。

1 星三角轉(zhuǎn)換功能控制原理

現(xiàn)如今，數(shù)控系統(tǒng)的功能越來越強大，NUM系統(tǒng)實現(xiàn)星三角轉(zhuǎn)換功能的控制原理是：通過伺服驅(qū)動器S7口PROGO1和PROGO2（針腳號分別是pin2和pin3）來控制星三角自動轉(zhuǎn)換。在PLC程序中通過系統(tǒng)主軸速度控制字%R1C.W（Spindle 1 Speed Reference）判斷主軸1轉(zhuǎn)速，當轉(zhuǎn)速值達到星三角轉(zhuǎn)換設(shè)置的轉(zhuǎn)速值時，控制星三角轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)伺服驅(qū)動控制字%Wezz.7（Spindle Electrical Configuration，0： low range；1： high range） 由0 置1 后，PROGO1口關(guān)閉，PROGO2口輸出，從而實現(xiàn)了主軸星三角自動轉(zhuǎn)換運行的控制。驅(qū)動器初始上電時PROGO1口輸出，PROGO2口關(guān)閉[1]。

2 應用實例

某數(shù)控機床，電主軸選用的是Franz Kessler公司的DMS系列異步電主軸，并配置NUM 數(shù)控系統(tǒng)及其HP系列伺服驅(qū)動器MDLU3150N01AN。安裝在電動機內(nèi)部的編碼器GEL 2442 KM1G3K150（Lenord & Bauer），將速度和位置信號反饋到數(shù)控系統(tǒng)中，控制電主軸運轉(zhuǎn)，從而達到精確、可靠的定位和回轉(zhuǎn)運動。電主軸星三角轉(zhuǎn)換動力回路和控制回路的接線圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 星三角轉(zhuǎn)換動力回路接線圖

圖2 星三角轉(zhuǎn)換控制回路接線圖

從圖2中可以看到，當PROGO1輸出時，繼電器KA8線圈得電，主軸星形控制回路的常開觸點KA8吸合，接觸器KM8線圈得電，然后使圖1中的KM8主觸點吸合，從而使電動機第二組動力線U2V2W2短接在一起，第一組動力線U1V1W1直接接入驅(qū)動器，形成了主軸的星形接法；當PROGO2輸出時，繼電器KA7線圈得電，主軸三角形控制回路的常開觸點KA7吸合，接觸器KM7線圈得電，然后使圖1中的KM7主觸點吸合，從而使電動機第一組動力線U1V1W1分別和V2W2U2連接在一起再接入驅(qū)動器，形成了主軸三角形接法。另外，從圖2中還可以看到，為了避免KM7和KM8同時吸合，需要將各自的常閉觸點分別串接在對方的控制回路中，實現(xiàn)了互鎖控制[2-4]。按照圖樣設(shè)計要求，硬件接線如圖3～圖6所示。

圖3 電動機動力線對接圖

圖4 星三角運行接觸器接線圖

圖5 驅(qū)動器S7口接線圖

圖6 星三角控制繼電器接線圖

配置過程分為以下3個階段：

第一階段：利用NUM調(diào)試軟件對主軸驅(qū)動進行配置，包括電動機、編碼器的配置。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實際使用的編碼器223：Lenord&Bauer，如圖7所示。

第二階段：根據(jù)電動機廠家提供的額定參數(shù)測算驅(qū)動參數(shù)并下載到驅(qū)動中。驅(qū)動參數(shù)分為低速（星形連接）運行時的參數(shù)，后綴為l.r；高速（三角形連接）運行時的參數(shù)，后綴為h.r。當電動機運行在星形連接方式時，系統(tǒng)自動調(diào)用驅(qū)動器l.r這組參數(shù)；當電動機運行在三角形連接方式時，系統(tǒng)自動調(diào)用驅(qū)動器h.r這組參數(shù)。其中，主軸星三角轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵參數(shù)：

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

圖7 主軸電動機及編碼器配置

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制字最大值是32767，最高轉(zhuǎn)速設(shè)置為15 000 r/min）時，由PLC給系統(tǒng)發(fā)出轉(zhuǎn)換指令，即%We51.7=1（由NUM手冊中查到：@24號主軸1對應的zz=51），驅(qū)動器S7口的PROGO1和PROGO2狀態(tài)分別作出切換，就會使電動機由星形連接自動轉(zhuǎn)換成三角形連接。電動機星三角轉(zhuǎn)換PLC程序和部分驅(qū)動參數(shù)如圖8、圖9所示。

圖8 電動機星三角轉(zhuǎn)換PLC程序圖

圖9 電動機驅(qū)動參數(shù)列表

第三階段：主軸電動機驅(qū)動參數(shù)的優(yōu)化。當驅(qū)動參數(shù)設(shè)置完畢后，就可以在低速下試著運行主軸了。如在MDI方式下輸入指令M64M3S100后，按循環(huán)啟動，主軸可以平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。觀察電動機負載、實際電流、轉(zhuǎn)速值及主軸溫度，均正常。

然后，需要分別對電動機星形連接的參數(shù)和三角形連接的參數(shù)進行優(yōu)化。優(yōu)化時，要從低速到高速（最高設(shè)置15 000 r/min），在不同的轉(zhuǎn)速擋對驅(qū)動參數(shù)進行優(yōu)化測試并反復修改參數(shù)，最終使得電動機無論是在低速還是高速下都能穩(wěn)定可靠地運行。

至此，NUM數(shù)控系統(tǒng)中的星三角轉(zhuǎn)換功能就配置完成了。由此可見，該功能性能優(yōu)越，控制簡便，配置成本低，相信日后該功能會得到更加廣泛的應用。