华中数控自主开发XHK714立式铣床加工中心简介

华中数控自主开发XHK714立式铣床加工中心简介
（一）XHK714加工中心进给轴控制系统
我公司自主开发的XHK714加工中心进给轴控制系统是由全数字交流伺服进给驱动单元和交流永磁同步伺服电机主要部件组成的高性能交流伺服进给驱动系统。

<一>采用的全数字交流伺服进给驱动单元是由武汉华中数控股份有限公司自行研制的新产品，其单元是由HSV-20D全数字交流伺服驱动模块（具体型号：HSV-20D-025）和HSV-20P 电源模块（具体型号：HSV-20P-100）组成。

HSV-20D全数字交流伺服进给驱动单元采用最新运动控制专用数字信号处理器（DPS）、大规模现场可编程逻辑阵列（FPGA）和智能化功率模块（IPM）等先进的新技术，其特点有：
1. 参数丰富，控制简单、灵活。

通过修改HSV-20D全数字交流伺服驱动模块的参数，可对驱动模块系统的工作方式、内部参数进行修改，以适应不同应用环境和要求。

2. 状态显示齐全。

HSV-20D全数字交流伺服驱动模块设置了一系列状态显示信息，方便用户在调试、使用过程中观察伺服驱动模块的相关状态参数（转速、当前位置、电机转矩、电机电流、输入输出端子信号等）；同时也提供了一系列的故障诊断信息（超速、主电源过压、欠压、过流、过载、编码器异常、过热、控制电源欠压等）。

3. 接口丰富，控制方式灵活多样。

HSV-20D全数字交流伺服驱动模块具有脉冲输入接口，模拟输入接口，电机码盘反馈接口，串行通讯接口及可编程I/O接口；具有多种运行控制方式；
位置控制方式(脉冲量接口)；HSV-20D系列伺服驱动器可以通过内部参数设置接收三种形式的脉冲指令(正交脉冲；脉冲+方向；正、负脉冲)。

速度控制方式(模拟量接口)；HSV-20D系列伺服驱动器可以通过内部参数设置为速度控制方式，可接收幅值不超过10V 的模拟量(如：-10V~+10V)。

转矩控制方式(模拟量接口)；HSV-20D系列伺服驱动器可以通过内部参数设置为转矩控制方式，可接收幅值不超过10V 的模拟量(如：-10V~+10V)。

JOG控制方式；此种方式是HSV-20D系列伺服驱动器通过按键(而无须外部指令)设置使驱动器运动，给用户提供的一种测试伺服驱动系统安装、连接是否正确的运行方式。

内部速度控制方式；HSV-20D系列伺服驱动器在内部速度控制方式下，无须外部指令，可根据伺服驱动器内部设定的速度运行。

本次自制XHK714加工中心HSV-20D全数字交流伺服驱动模块采用的是外部指令位置控制方式（脉冲量接口，可以通过内部参数设置接收三种形式的脉冲指令），实现进给轴正反转和位移速度的控制。

也可用内部速度控制方式实现根据伺服驱动模块内部设定的速度运行。

反馈脉冲最高25000脉冲/转。

<二>采用的交流伺服电机是武汉登奇机电技术有限公司的高压交流永磁伺服电机（具体型号：GK7063-6AC61-FE 无闸和GK7063-6AC61-FB 抱闸），其特点是：按IP64防护等级设
计，F级绝缘制造，环境温度+40℃时，定子绕组温升可达△T=100K；使用超高矫顽力稀土永磁材料，抗去磁能力强；轴承采用双面密封深沟球轴承，全密封设计；振动等级与旋转等级均为N级，振动小，噪音低；转子惯量小，响应速度快；低速转矩脉动小，平衡精度高，高速运行平稳；结构紧凑、功率密度高，几乎在整个转速范围内可恒转矩输出。

具体接线如图：
位置控制方式接线图
注意：1.直流母线强电P1，N1由电源模块提供，千万不能接反。

2.在有多个驱动模块级联使用时，P2，N2连接下级驱动模块。

3.连接图中的伺服电机是以登奇伺服电机为例。

（二）XHK714加工中心主轴控制系统
XHK714加工中心主轴控制系统是由全数字交流伺服主轴驱动单元和交流变频主轴电机主要部件组成的高性能交流伺服主轴驱动系统。

<一>采用的全数字交流伺服主轴驱动单元是由武汉华中数控股份有限公司自行研制的新产品，其单元是由HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动模块（具体型号：HSV-20S-075）和HSV-20P电源模块（具体型号：HSV-20P-100）组成。

HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动单元采用最新运动控制专用数字信号处理器（DPS）、大规模现场可编程逻辑阵列（FPGA）和智能化功率模块（IPM）等先进的新技术，其特点有：
1. 参数丰富，控制简单、灵活。

通过修改HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动模块的参数，可对驱动模块系统的工作方式、内部参数进行修改，以适应不同应用环境和要求。

2. 状态显示齐全。

HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动模块设置了一系列状态显示信息，方便用户在调试、使用过程中观察伺服驱动模块的相关状态参数（转速、当前位置、电机转矩、电机电流、输入输出端子信号等）；同时也提供了一系列的故障诊断信息（超速、主电源过压、欠压、过流、过载、编码器异常、过热、控制电源欠压等）。

3. 接口丰富，控制方式灵活多样。

HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动模块具有脉冲输入接口，模拟输入接口，电机码盘反馈接口，串行通讯接口及可编程I/O接口；具有多种运行控制方式(位置控制、速度控制、JOG控制、内部速度控制)。

本次自制XHK714加工中心HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动模块采用的是外部指令速度控制方式（模拟量接口，可以通过内部参数设置），接收幅值为-10V~ +10V的模拟量，实现主轴正反转的控制，调速范围达到1rpm—6000rpm。

也可用内部速度控制方式实现根据伺服主轴驱动模块内部设定的速度运行。

反馈采用1024p/r方波编码。

4. 具有主轴定向功能。

在加工中心自动换刀前，主轴需要进行定向。

HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动模块只能实现传动比为1:1的主轴定向。

5. 稳速精度高，可用于刚性攻丝。

负载由0变为100%转速变化低于2rpm。

<二>采用的交流变频主轴电机是精元先马电机有限公司的主轴专用变频电机（具体型号：YPNC-50-5.5-A-B5）。

其特点是：按IP54防护等级设计，B级温升设计，F级绝缘制造，使用特殊调质轴料使电机更坚固耐用；采用ISO2337R级，半键动平衡，降低振动，胜任高速运行；采用矢量控制主轴驱动器和编码器组成闭环控制，运行转速精度高，也能满足超低频运行，且能保持输出额定转矩不变；恒功率范围广，可达基频50Hz的4倍。

在矢量控制方式下，电机转矩特性变更；在低频时，可获得高精度及高转矩输出，瞬间具有200%以上的输出转矩以及1分钟过载150%的能力；速度变率-0.02%~ +0.02%。

具体接线如图：
主轴驱动模块
速度控制方式接线图
注意：直流母线强电P1，N1由电源模块提供，千万不能接反。