C13接箍车丝机主轴传动系统的研究与升级

黎文淼 唐鹏 谢广正

摘 要 本文介绍了C13接箍车丝机主轴传动系统的现状和组成，简述了其存在的主要问题，分析了升级改造主轴传动系统的办法。

关键词 接箍车丝机;主轴传动系统;整流器调试

前言

C13接箍车丝机是我们公司从比利时PMC COLINET公司引进的数控车床，专门用于加工连接无缝钢管的接箍。该设备的主轴传动系统使用的是ABB公司的ACS800变频器和交流主轴电机，经过近10年的运行后，该接箍车丝机加工部分产品时主轴出现了转速不稳、动力不足的现象，我们需要对主轴传动系统进行分析和研究，找到办法解决这一问题，提升设备的性能。

1主轴传动系统存在的问题及分析

C13接箍车丝机在加工接箍时，需要主轴带动卡盘高速旋转提供一个较大的切削力，同时需要在加工过程中保持转速稳定，确保接箍加工后的精度满足要求。但是实际生产中，该车丝机加工低钢级接箍时能满足要求，加工高钢级或合金钢接箍时主轴转速不稳，掉转严重，生产的产品也无法满足工艺要求。通过我们分析，产生这种问题的主要原因是负载大幅增大后，主轴电机输出的转矩和功率无法满足要求，导致转速下降较快，要想解决该问题，必须从提高主轴传动系统的转矩和功率上入手。

2主轴传动系统的升级

2.1 主轴传动系统的原有配置

C13接箍车丝机主轴传动系统上使用的ACS800变频器型号为：ACS800-11-0100-3+P901+E200+L502，所控制的ABB主轴电机型号为：CR32300202102A000 72.5kW，其硬件连接如下：

（1）主回路：U1、V1、W1：380VAC三相供电电源，U2、V2、W2：交流电机动力电缆;

（2）模拟量给定：X21.3：10V，X21.4：0V;

（3）模拟量输出：X21.11：+，X21.12：-;

（4）数字量输入：X22.1：Q40.0（START/STOP），X22.2：Q40.1（RUN ENABLE），X22.3： Q40.2（RESET），X22.11：急停;

（5）数字量输出：X25.3：I41.4（READY），X26.3：I41.5（RUNNING），X27.3：I41.6 （FAULT-1）

（6）RTAC-01编码器模块：X2.1：屏蔽，X2.3：A+，X2.4：A-，X2.5：B+，X2.6：B-，X2.7

：Z+，X2.8：Z-，X1.2：0V，X1.3：V OUT。

2. 2主轴传动系统的改造

C13接箍车丝机主轴传动系统改造选用的主轴电机为ABB直流主轴电机，其型号为：DMP180-4C 93kW，相应的ABB公司生产的DCS550整流器型号为：DCS550-S02-0520-05-00-00，其硬件连接如下：

（1）主回路：U1、V1、W1： 380VAC三相供電电源，C1、D1：直流电机电枢电缆，F+、F-：直流电机励磁电缆，X99：220VAC整流器供电电缆，X52：220VAC整流器风扇供电电缆;

（2）模拟量给定：X1.6：10V，X1.5：0V;

（3）模拟量输出：X2.9：+，X2.10：-;

（4）数字量输入：X4.8：Q40.0（START/STOP），X4.7：Q40.1（RUN ENABLE），X4.6： Q40.2（RESET），X4.5：急停;

（5）数字量输出：X5.1：I41.4（READY），X5.2：I41.5（RUNNING），X5.3：I41.6 （FAULT-1）

（6）编码器接线：X3.1：A+，X3.2：A-，X3.3：B+，X3.4：B-，X3.5：Z+，X3.6：Z-，X3.7：    0V，X3.10：+24V。

我们使用DCS控制盘的Start-up assistants mode（启动向导模式）来完成直流模块的基本调试工作，DCS550整流器的调试具体步骤如下：

首先切换到本地控制以确保外部控制已经通过按键被禁用，本地控制在控制盘上方的窗格中显示 “LOC”，在MAIN MENU下选择ASSISTANTS进行操作调试：

（1）铭牌数据：9901：English，9902：400V，9903：259A，9904：1510rpm，2001：-1500rpm，2002：4500rpm，9911：6.13A，3009：120%，3016：4500，9910：380V。

（2）宏操作：9908：Standard。

（3）励磁电流调节器自优化：9911：6.13A，9912：Onboard，4401：EMF，自整定成功完成以后，自动修改的参数将显示在显示屏上等待确认。

（4）电枢电流调节器自优化：9903：259A，2005：100%，2006：-100%，2012：120%，2013：-120%，自整定成功完成以后，自动修改的参数将显示在显示屏上等待确认。

（5）速度反馈帮助测量：5003：Encoder，2001：-1500rpm，2002：4500rpm，9902：400V，9904：1510rpm，5004：1024ppr，5002：A+-/B+- dir，电机逐步运转到基速，完成后相应的参数就设定好了。

（6）速度调节器自优化：9904：1510rpm，2001：-1500rpm，2002：4500rpm，2003：20rpm，2201：6S，2202：9S，2306：0ms，电机将运转到基速，速度调节器通过阶跃给定的方式进行优化并设定参数。

（7）弱磁辅助功能：9902：400V，9904：1510rpm，2001：-1500rpm，2002：4500rpm，9911：6.13A，3012：20%，4401：EMF，电机提速到基速，在减小励磁电流时，计算EMF调节器的数据，优化并设定参数。

完成以上的步骤后，主轴传动系统的改造就基本完成了。

3结束语

C13接箍车丝机主轴传动系统的升级改造完成后，主轴的性能得到较大改善，设备的加工精度有所提升，其加工的规格和钢级种类也不再受限，设备主轴传动系统存在的问题得到彻底解决。

参考文献

[1] 李茜，赵丹，苟亚杰.DCS550卷曲宏在复卷机退纸辊控制中的应用[J].中国造纸，2015，34（7）：51-55.

[2] 钱峰.数控机床主轴驱动直流调速系统控制直流电机与通用型变频器控制普通交流电机性能对比分析[J].机械设计与制造，2001（5）：48-49.

[3] 北京ABB电气传动系统有限公司.DCS550手册[N].北京ABB电气传动系统有限公司，2011：5.