摘要：數控槍鉆是一種高效、高精度、高專業化的深孔加工機床，廣泛應用于汽車、摩托車行業、模具行業、軍工行業、航空航天等行業零件的深孔加工。本文以某機床0EM配套商生產的數控槍鉆主軸電機采用英威騰Goodrive35變頻器控制為例，詳細講述數控槍鉆的工藝特性，以及Goodrive35變頻器應用在數控槍鉆主軸電機上的優越性。
關鍵詞：Goodrive35 數控槍鉆 變頻器 閉環矢量 深孔加工
1.數控槍鉆簡介及其工藝特性
數控槍鉆深孔加工示意圖
在機器零件加工中，一般深徑比L/D大于5時稱為深孔。深徑比約為40-50的深孔加工，是一種加工難度大、技術含量高、加工專業程度高的孔加工技術。傳統麻花鉆在深孔加工中，會出現排屑困難以及派生出來的鉆頭壽命短等不利因素。相比于傳統麻花鉆，數控槍鉆在深孔加工中具有如下優點：
（1）排屑通暢。數控槍鉆在加工深孔時，具有一定壓力的切削液通過槍桿和刀頭，在孔內能良好的分屑、卷屑和斷屑，并同時將切屑強制排出。
（2）冷卻和潤滑充分。在鉆屑過程中，具有一定壓力的切削液不僅能將高速時產生的熱量帶走，而且還有潤滑作用和防腐作用。
（3）良好的加工精度和表面粗糙度。
（4）加工效率高，勞動強度低。因數控槍鉆切削速度和進給量都比普通切削加工快，鐵屑由切削液強制排出，不存在加工中倒屑現象，所以加工效率高。而數控槍鉆屬于半自動機床，大大降低了工人的勞動強度。
2.現場工況
2.1電機參數
電機類型
三相異步電機
額定功率
3.7KW
額定轉速
1500r/min
額定電壓
380V
額定電流
9.5A
額定頻率
50HZ
控制方式
端子控制
頻率給定方式
模擬量給定(0-10V)
控制模式
閉環矢量控制模式
2.2實景圖片
數控槍鉆機床 應用在主軸電機上的變頻器
3.數控槍鉆主軸電機對變頻器的需求
數控槍鉆主軸電機要求采用變頻器來實現無級調速。數控槍鉆主軸電機需要變頻器在低頻時啟動力矩大，快速起停。轉矩響應要快，穩速精度要高，抗干擾能力強。高速時電機噪音小，電機無異常抖動。主軸電機最大轉速要求為6300r/min，最大輸出頻率為210HZ。速度脈沖編碼器安裝在主軸電機上,槍鉆主軸和主軸電機通過同步皮帶連接,輸入輸出帶輪直徑比值為1.5:1，亦即主軸電機最大速度為6300r/min,槍鉆主軸最大速度為4200r/min。
4.Goodrive35應用在數控槍鉆上的優勢
（1）采用高性能閉環矢量控制模式，使Goodrive35變頻器具有優異的控制性能，無論在加減速時間、力矩、轉矩動態響應速度、運行電流、電機噪音、穩速精度等方面均有出色表現。
（2）過載能力強，優異的電流限幅特性，適用于重載應用場合，可有效減少變頻器過載、過流保護誤動作，最大限度保障生產連續性。
（3）環境適應能力強，結構上采用獨立風道設計，可應用于多油污、高粉塵和高濕熱等惡劣環境，能有效降低變頻器故障率，延長使用壽命。
（4）標配C3濾波器，有效濾除電網對變頻器的干擾，同時抑制變頻器整流開關元器件產生的高次諧波對控制回路弱電信號的干擾，保證系統工作穩定可靠。
5.調試過程及參數設置
5.1現場接線示意圖
CNC數控系統與Goodrive35接線示意
5.2調試步驟
（1）編碼器參數及方向設定
CNC數控系統、變頻器和速度脈沖編碼器之間的連線接好后，然后測試編碼器。設置編碼器線數P20.01，設置P00.00=2，P00.10=20Hz，運行電機，此時電機旋轉為20Hz，觀察P18.00的測速值應接近20Hz，如果測速值為負，則表明編碼器方向反向了，設置P20.02=1即可，如果測速值偏差較大，則表明P20.01設置錯誤。觀察P18.02 Z脈沖計數值是否波動，如果波動，表明編碼器有干擾或者P20.01設置錯誤，檢查接線及屏蔽線是否良好接地。
（2）電機參數自學習
記錄電機銘牌參數，然后設置參數P02.00~P02.05。設置P00.00=1，開環矢量運行模式，并設置參數P00.15=1（旋轉參數自學習），同時給運行命令，電機會先靜止然后再旋轉到2/3的額定轉速，自學習完成后，自動停機，鍵盤顯示-END-，并且將學習得到的參數保存在P2組電機參數P02.06~P02.10中。
注：進行上述動態自學習時需要把電機軸與機械負載脫開，而進行靜態自學習則不需要脫開機械負載。
（3）試運行電機
設置P00.00=3，閉環矢量控制模式，同時設置運行指令通道及頻率給定源。調整加減速時間及P3組速度環及電流環PI參數，使之在整個范圍內運行平穩。
（4）端子功能設定
參考說明書P5,P6組輸入輸出端子功能進行端子功能的設定。注：Goodrive35說明文檔由Goodrive300產品說明書和Goodrive35附加說明書共同組成。
5.3典型參數設置
功能碼 名稱 設置值 備注 P0.00 速度控制模式 3 調試時先設置2（V/F控制），確認編碼器無誤后再設置為3，詳見下面的調試步驟 P00.01 運行指令通道 1 端子運行 P00.03 最大輸出頻率 210HZ 1、210Hz對應6300rpm（4極電機） 2、模擬量設定頻率時，10V對應最大輸出頻率，可根據需要調整該最大頻率值 P00.04 運行頻率上限 210HZ
P00.06 A頻率指令選擇 1 模擬量AI1設定 P00.11 加速時間1 3S
P00.12 減速時間1 3S
P03.03 速度環比例增益2 15 速度環和電流環比例增益，可采用出廠值，如果電機有震動，可適當降低增益 P03.09 電流環比例增益 800 P03.22 弱磁系數 0.6 弱磁控制參數，一般不需要調整 P03.26 弱磁比例增益 800 P05.01 S1端子功能 1 正轉運行 P06.04 繼電器RO2輸出選擇 5 變頻器故障 P06.15 AO2輸出選擇 9 輸出轉矩 P08.37 能耗制動使能 1
P20.01 編碼器脈沖數 1024 按照編碼器實際的線數來設定 P20.02 編碼器方向 0或1 可根據P18.00測速值的正負來確定編碼器方向 P18.00 編碼器實測頻率
1、該參數是只讀參數，不可更改 2、編碼器測速值，與實際轉速的大小及正負方向應一致，否則編碼器方向反或者編碼器脈沖數設置錯誤 P18.02 編碼器Z脈沖計數值
1、該參數是只讀參數，不可更改 2、Z脈沖計數值應保持不變，否則說明有干擾或者編碼器線數設置錯誤 6.客戶評價
試機過程中，跟某品牌伺服驅動器進行比較：在數控槍鉆進行深孔加工時，主軸轉速一般要求在2100r/min至2500r/min之間，實際測試效果是Goodrive35變頻器在電機噪音及振動方面的性能均要優于某品牌伺服驅動器。Goodrive35變頻器在數控槍鉆主軸電機上的應用，完全可以滿足客戶要求，獲得客戶高度肯定。