TAPPING主轴选型及调试方法(1)

TAPPING主轴选型及调试方法作者：崔留艳日期：2011、5、22版本：Ver 1.2目录一、系统参数的设定 (4)1、攻牙速度规划 (4)2、同动攻牙(P3型主轴使用) (4)3、快速攻牙(P3型主轴使用) (5)4、使用伺服主轴时系统相关参数及在TAPPING（主轴电机功率5.5KW/3000RPM）使用时建议设定值。

(6)二、感应电机特性 (8)1、感应电机图片 (8)2、与感应电机相关的公式 (9)3、数学模型 (11)3、电机的工作制 (11)三、电机与驱动器的选型 (14)1、客户的攻牙要求对选型的影响 (14)2、工作机制对选型的影响 (14)3、电机的Y接与∆接对选型的影响 (15)四、蒙德变频器 (16)1、蒙德变频器外观与铭牌 (16)2、蒙德变频器端子台的构成 (16)3、蒙德变频器的I/O及接线方法 (17)4、基本功能点列表及功能介绍 (18)5、驱动、电机与新代的连接 (19)六、蒙德变频器+晟昌电机的tapping调试 (21)1、基本设定 (21)2、自学习 (23)3、TAPPING使用时电机参数的微调和刚性的设定。

(24)4、辅助参数调整 (25)5、系统操作参数 (26)6、扩展功能参数 (27)7、驱动器常见警报 (27)8、状态监视参数 (29)9、按功能调试方法 (30)1)、位置伺服控制 (30)2)、主轴定位 (31)一、 系统参数的设定新代控制器在针对TAPPING 的高速攻牙特性设计了同动攻牙模式和快速攻牙模式和加减速规划，具体使用方法如下。

1、攻牙速度规划攻牙速度规划：提供钟形加减速规划，建议可关闭变频器内部相关参数，其定义如下(假设以第六轴为主轴)：()()23max max 6269800deg deg 60,sec sec 54664610001000No A J No No == 2、同动攻牙(P3型主轴使用)当主轴马达性能与伺服马达相当，并且希望进行高速攻牙，建议采用同动攻牙，将可收到最佳攻牙成效。

使用同动攻牙时，控制器将依据所设定的牙距，分别换算出对应之主轴转速及伺服轴进给率，使两轴依给定命令，各自独立运动。

如图1：所示，为满足攻牙同动精度，伺服轴位置增益需与主轴一致，但一般伺服马达响应仍优于主轴马达益，故伺服马达可设定较高的位置增益。

为避免牺牲伺服轴响应来维持同动攻牙成效，新代控制器可在不改变伺服马达位置增益的前提下，利用前馈机制修改伺服轴命令的方式，使得伺服马达响应，如同主轴马达低位置增益一般。

图1：控制器根据两轴位置增益修正Z轴实际送出之Z axis Higher KpC axis Lower Kp不同主軸型態(No1791)下的攻牙控制模式。

3、快速攻牙(P3型主轴使用)延续同动攻牙规格，但为缩短加工时间、补偿孔底精度以及减少振动量产生，新代因而发展出快速攻牙。

相较与同动攻牙，快速攻牙于孔底反转时，会将同动攻牙需钟形加减速停止，再依钟形加减速启动的规划，变更为等减速度直接反转。

如此一来减少了两段等加加速度的规划，不仅能缩短加工时间，更能减少机台振动。

此外对于高速反转所造成的伺服落后，也透过仿真方式作了预测，并给予适当补偿，故孔底精度即便不进行In-Position 确认，亦能获得改善。

图2：同动攻牙(红)与快速攻牙(绿)速度规划差异4time [sec]V e l [d e g /s e c ]spindle velocity主軸主軸同动攻牙与快速攻牙触发方式，差别在于G84程序编写时，P/Q自变量使用与否。

4、使用伺服主轴时系统相关参数及在TAPPING（主轴电机功率5.5KW/3000RPM）使用时建议设定值。

No Value Title26661061661864665466266461621165116711711 1 *第一主轴是否安装编码器(0:否;1:是)1791 3 *第一主轴马达型态(0:变频;1:P伺服;2:V伺服3伺服马达)1801 12000 第一主轴最高转速(RPM)1811 1 第一主轴编码器安装位置(0:主轴侧;1:马达侧)1831 600 第一主轴加减速时间(ms)1851 60 第一主轴马达加加速度386 2 与变频器要一致183 与驱动器位置环增益一致说明：1)参数26设定4，表示此主轴的运转指令，由控制器第一片轴卡的P4接口送出。

因此控制器与伺服驱动器的指令连接线须配合此参数连接。

2)参数66设定此主轴伺服规划之每转分辨率，此参数需与参数1651设定相同。

3)参数106设定此主轴之转速增益，设定300表示控制器送出1伏特电压会获得300rpm的转速，，因此当加工程序要求主轴1500转时，控制器会送出5伏特的电压，此参数需与参数1671设定相同。

(主轴马达为脉冲指令之应用，一样要正确设定此参数)。

4)参数1621设定6，代表此伺服主轴对应的伺服系统为C轴，各数字对应如下：设定1→表示伺服主轴为X轴伺服系统设定2→表示伺服主轴为Y轴伺服系统设定3→表示伺服主轴为Z轴伺服系统设定4→表示伺服主轴为A轴伺服系统设定5→表示伺服主轴为B轴伺服系统设定6→表示伺服主轴为C轴伺服系统5)参数1801设定内容需为参数106与参数1671的10倍。

二、感应电机特性1、感应电机图片感应电机工作原理转定子叠积后的硅钢片定子定子绕组转子转子鼠笼2、与感应电机相关的公式三个重要的动力学公式表1静态电流下的磁场-----电流是产生磁场的基础表2电机是个大电感----从电的角度去看感应电机表3动态电流下的磁场U=I∗X L=2πf∗B∗S∗N感应电机是块电磁铁---从磁的角度去看感应电机表4P（W）:输入电功率、U（V）：输入电压、η（%）工作效率、T（N.M）:力矩、ω（rad/s）:角速度、X L(Ω)：感抗、f（HZ）：频率、L(H):感抗系数、R ci（1/H）磁阻、μ（H/m）：磁导率、N：（线圈匝数）S(m2)：磁场截面积、ℓ(m)磁路长度。

B（T）：磁感应强度、H（At/m）：磁场强度、Ф（Wb）：磁通量。

3、 数学模型感应电机的等效电路模型图3电机转动时的平衡方程3、电机的工作制电机工作制是对电机承受负载情况的说明，包括启动、电制动、负载、空载、断能停转以及这些阶段的持续时间和先后顺序。

工作制分为10类，此处介绍常用的四类。

a) 连续工作制---S1。

在恒定负载下的运动时间足以使电机达到热稳定，电机长时间使用时使用此机制，一般感应电机铭牌上无特殊标示均为S1工作机制。

b) 短时工作制---S2。

在恒定负载下按给定的时间运行。

该时间不足以使电机达到热稳定，随之即断能停转足够时间，使电机再度冷却到与冷却介质温 度之差在2K 以内。

c) 断续周期工作制---S3。

按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段断能停转时间。

这种工作制中每一周期的启动电流 不致对温升产生显著影响在不同工作机制下，电机工作参数不同，最为重要的是电机的工作电流，S2、 S3的工作电流大于S1的工作电流，S2、S3的工作扭力也大于S1的工作扭 力d) 连续周期工作制---S6。

按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段空载运行时间，无断能停转时间。

)()()(0)(12121222211111mm m m m m jx r I Z I E E E I I I x j sr I E jx r I E U +==-'='-+='+'-'=++-= 定子线间电阻漏电抗铁损电阻定子励磁电抗转子线间电阻 转子电抗 外界负载不同工作机制和接法的电机表现示意曲线图4注意：上图的电机过载工作时间是参考值实际情况以各家电机特性为准。

变频器输出电流与可工作时间的关系注意：上图的驱动过载工作时间是参考值实际情况以各家驱动器特性为准。

三、电机与驱动器的选型主轴电机需能够满足TAPPING高速刚攻时高加减速的需要，这就意味着主轴要选低惯量，能提供所需的攻牙扭力，过载能力强的电机，性价比高，在同时考量上述条件下选用主轴电机。

1、客户的攻牙要求对选型的影响所选电机的功率与电机转子和主轴的惯量成正比与客户要求的角加速度（一般客户会要求：xx时间内加速到xx转）成正比，与攻牙时的最大速度（客户常表达为：实现xx转攻牙）成正比。

功率与扭力的关系P=U∗I=η∗T∗ω角加速度与扭力的关系∆ω∆t =TJ考虑到客户要求攻牙要求前提下电机和主轴的惯量尽量选到小一些，如此有利于更好的作加减速。

在满足客户攻牙的加速要求下额定扭力尽量选小一些，如此可以减少电机容量，获得更高的性价比。

2、工作机制对选型的影响电机的选用一般电机在长时间工作时，一般都会使用S1工作机制，在TAPPING 的使用场合由于攻牙时高加减速的需要，就要求电机能提供很大的扭力，此时需要电机的输出电流和功率都很大，但是如果工作在非攻牙的高速切削状态，就不需要电机提供太大的扭力，此时需要的电流和功率又较小，所以在TAPPING的电机选型时我们可以根据实际攻牙需要定出电机所需攻牙扭力，然后选择一颗额定扭力小于攻牙扭力的电机使用S2机制攻牙，使用S1机制进行高速轻切削，从而达到节省成本、能源，又可减小马达体积的目的。

由于电机有机会使用S2机制所以，驱动器的选型要较相配马达大一级，比如电机若选用3.7kw的，那驱动器就要选用5.5KW的。

3、电机的Y接与∆接对选型的影响Y形接法主轴电机选Y接或是∆接要看实际使用的需求，由曲线图4可知电机Y接改成∆接以后，在产生同样大小的扭矩前提下∆接法需要更多的线电流（变频器所要提供的电流，大概是Y接的1.7倍），因此增加了变频器的负担，但是却得到了更长的定扭力速度区（大概是Y接的1.732倍），从而可以将一颗电机的高加速性提升到更高的速度，改善高速加速性能。

所以一颗Y接的电机改成∆接后获得了更好的高速加减速特性，但要求驱动器选用较Y接时大一级，比如电机选用3.7KW的，驱动器就要使用5.5KW的，否则则很易报过电流。

如果我们要使用∆接法以延长定扭力区，同时还要使用S2工作机制，那么我们所选的驱动就要比电机大两级，比如电机选用3.7kw的，驱动器就要选用7.5kw的。

电机与驱动选型口诀依照场合选电机，速度加速切削力。

依照电机选驱动，发挥电机的特性。

三角要求驱动大，使用高速性能佳。

可以过载用电机，但要驱动大一级。

过载使用要慎重，不可长时过载用。

四、蒙德变频器1、蒙德变频器外观与铭牌2、蒙德变频器端子台的构成电机热保护的接法将此短接线拿去后接上电机热传感器线。

注意：请务必将电机热传感器接到变频器T1/T2(变频器UVW右边两接线端子)上3、蒙德变频器的I/O及接线方法4、基本功能点列表及功能介绍5、驱动、电机与新代的连接注意：功率的选用要考虑主轴的减速时间和惯量p∝T*ω，在主轴做高减速刚攻时会释放大量的能量必须使用大功率电阻方可承但，如果机台用长时间连续刚攻的需要，制动电阻上还要加装冷却风扇，不然止动电租可能会因过热而烧坏。