艾默生EV6000高性能变频器在电主轴上的应用

1 引言

　　EV6000 变频器作为艾默生CT新一代高性能变频器，采用先进的控制策略实现了真正意义上的高精度磁通矢量转矩控制，无论是有PG 运行还是无PG 运行，均达到业界领先的控制水准。同步电机驱动与异步电机驱动的一体化，转矩控制、速度控制、位置控制的一体化，使得EV6000 成为业界少有的具有优异控制性能的一体化驱动器，满足客户应用的高性能化需求。电主轴是数控机床的重要部件，传统机床主轴是通过传动装置带动主轴旋转而工作的。电主轴是电机内装式主轴单元的简称。其主要特点是将电机置于主轴内部，通过驱动电源直接驱动主轴进行工作，实现了电机、主轴的一体化功能，进行切削加工。它具有结构紧凑，机械效率高，噪声低，振动小，精度高，运行平稳，没有冲击的特点，能够使主轴轴承寿命得到延长。通过EV6000机床专用版本内置的机床专用功能，可以完成动态高精度同步跟踪，分度，准停，零速锁定等功能。其优异的性能，丰富的功能完全能够满足数控加工中心主轴控制的工艺和精度要求。

2 伺服电主轴系统原理

　　交流伺服主轴驱动系统由主轴控制器、主轴驱动单元、主轴电动机和检测主轴速度与位置的编码器４部分组成，主要完成闭环速度控制，但当主轴准停时则完成闭环位置控制。主轴驱动单元的位置控制与速度控制均由内部的高速信号处理器及控制系统实现，其原理框图如图1所示。图中CNC系统向主轴驱动单元发出速度指令或位置指令，驱动单元根据该指令执行相应的速度与位置控制。与此同时，CNC控制器也接收来自于主轴电机编码器的分频输出（或终端传感器的输出信号）来对其指令进行校正，当然，此信号也用于系统过程偏差的检测，如速度偏差过大等。

　　为方便起见，我们以一实际的电主轴系统为例进行描述。在该系统中，CNC控制器采用的是台湾LNCT520i主轴控制器，驱动器使用EV6000高性能机床专用版本变频器＋PGABS选件卡(带分频输出的编码器接口卡)，电机使用的是山东某厂家的JSZD150A-8/3C电动马达，出场配置2048RPM差分增量式编码器。整个系统接线框图如图2：

图2：电主轴系统接线框图

　　LNCT520i主轴控制器通过PA+/PA-和PB+/PB-正交脉冲信号向EV6000发出速度和位置信号，同时也包含着方向信号。EV6000配置有PGABS编码器选件卡，该卡既接收主轴控制器脉冲给定，又接收来自电机的编码器反馈信号，同时对编码器信号进行分频，反馈到主轴控制器。EV6000工作在伺服模式。系统的性能主要决定于驱动器和电机的性能。下面仔细介绍系统各个组件。

　　（一）主轴电机：电机型号为JSZD150A-8/3C，内置2048RPM, 5V差分编码器。厂家给定的技术参数与曲线如下:

表一：电机厂家参数

（二）EV6000变频器＋PGABS测速卡

　　EV60－PGABS 测速卡是EV6000 系列变频器的选件，提供如下功能：1．编码器接口PG1，支持差分ABZ、UVW 信号，作为速度或位置反馈。2．PG1 的脉冲分频输出，可用于速度或位置同步。3．脉冲指令接口PG2，可接收上一级装置的脉冲指令，用于速度或位置同步。