1 引言

　　EV6000艾默生變頻器是新一代一體化傳動解決方案平臺產(chǎn)品。采用智能可擴(kuò)展模塊化設(shè)計，支持多種通訊卡，擴(kuò)展卡，脈沖反饋卡等；具備伺服控制能，實現(xiàn)定位和位置同步；采內(nèi)嵌式PLC,支持行業(yè)功能自訂制；采用全新結(jié)構(gòu)設(shè)計，支持透壁安裝，操作安全方便。同步電機(jī)、異步電機(jī)等負(fù)載電主軸是電機(jī)內(nèi)裝式主軸單元的簡稱。其主要特點(diǎn)是將電機(jī)置于主軸內(nèi)部，通過驅(qū)動電源直接驅(qū)動主軸進(jìn)行工作，實現(xiàn)了電機(jī)、主軸的一體化功能，進(jìn)行切削加工。它具有結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)械效率高，噪聲低，振動小，高，運(yùn)行平穩(wěn)，沒有沖擊的特點(diǎn)，能夠使主軸軸承壽命得到延長。通過EV6000機(jī)床專用版本內(nèi)置的機(jī)床專用功能，可以完成動態(tài)高同步跟蹤，分度，準(zhǔn)停，零速鎖定等功能。其優(yōu)異的性能，豐富的功能完夠滿足數(shù)控加工中心主軸控制的工藝和要求。

　　2 伺服電主軸系統(tǒng)原理

　　在交流伺服系統(tǒng)中，電動機(jī)的類型有永磁同步交流伺服電機(jī)（PMSM）和感應(yīng)異步交流伺服電機(jī)（IM），其中，永磁同步電機(jī)具備十分優(yōu)良的低速性能、可以實現(xiàn)弱磁高速控制，調(diào)速范圍寬廣、動態(tài)特性和效率都很高，已經(jīng)成為伺服系統(tǒng)的主流之選。而異步伺服電機(jī)雖然結(jié)構(gòu)堅固、制造簡單、價格低廉，但是在特性上和效率上存在差距，只在大功率場合得到重視。本文討論的重點(diǎn)將放在永磁同步交流伺服系統(tǒng)上。

　　交流伺服主軸驅(qū)動系統(tǒng)由主軸控制器、主軸驅(qū)動單元、主軸電動機(jī)和檢測主軸速度與位置的編碼器4部分組成，主要完成閉環(huán)速度控制，但當(dāng)主軸準(zhǔn)停時則完成閉環(huán)位置控制。主軸驅(qū)動單元的位置控制與速度控制均由內(nèi)部的高速信號處理器及控制系統(tǒng)實現(xiàn)，其原理框圖如圖1所示。與此同時，CNC控制器也接收來自于主軸電機(jī)編碼器的分頻輸出來對其指令進(jìn)行校正，當(dāng)然，此信號也用于系統(tǒng)過程偏差的檢測，如速度偏差過大等。

　　圖1 電主軸驅(qū)動原理框圖（虛線為可選）

　　為方便起見，我們以一實際的電主軸系統(tǒng)為例進(jìn)行描述。在該系統(tǒng)中，CNC控制器采用的是臺灣LNCT520i主軸控制器，驅(qū)動器使用EV6000高性能機(jī)床專用版本變頻器+PGABS選件卡，電機(jī)使用的是山東某廠家的JSZD150A-8/3C電動馬達(dá)，出場配置2048RPM差分增量式編碼器。整個系統(tǒng)接線框圖如圖2:

　　圖2:電主軸系統(tǒng)接線框圖

　　LNCT520i主軸控制器通過PA+/PA-和PB+/PB-正交脈沖信號向EV6000發(fā)出速度和位置信號，同時也包含著方向信號。EV6000配置有PGABS編碼器選件卡，該卡既接收主軸控制器脈沖給定，又接收來自電機(jī)的編碼器反饋信號，同時對編碼器信號進(jìn)行分頻，反饋到主軸控制器。EV6000工作在伺服模式。系統(tǒng)的性能主要決定于驅(qū)動器和電機(jī)的性能。下面仔細(xì)介紹系統(tǒng)各個組件。

　?。ㄒ唬┲鬏S電機(jī)：電機(jī)型號為JSZD150A-8/3C,內(nèi)置2048RPM, 5V差分編碼器。廠家給定的技術(shù)參數(shù)與曲線如下：

　　表一：電機(jī)廠家參數(shù)

　　圖3 功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線               圖4 力矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線

　　（二）EV6000變頻器+PGABS測速卡

　　EV60-PGABS 測速卡是EV6000 系列變頻器的選件，提供如下功能：1.編碼器接口PG1,支持差分ABZ、UVW 信號，作為速度或位置反饋。2.PG1 的脈沖分頻輸出，可用于速度或位置同步。3.脈沖指令接口PG2,可接收上裝置的脈沖指令，用于速度或位置同步。