Частотник для шпинделя ЧПУ: что вписать при первом пуске, как подключить к стойке и что значат ошибки

Что привод должен знать про шпиндель

Привод не угадывает двигатель, он работает по тем цифрам, которые в нём записаны. Новый привод и привод после сброса на заводские настройки считают двигатель обычным, на 50 Гц, и ограничивают вывод. Операторы, которые ставили шпиндель 2,2 кВт на 24 000 об/мин без настройки, описывают одно и то же: вал вертится лениво, обмотка греется, а иногда за секунды начинает дымить, если охлаждение не включено.

Параметры берут с шильдика шпинделя. Ниже таблица, где номера даны для приводов Huanyang серии HY: по руководству этой серии (редакция HY02D223B) это PD-параметры. У других марок, у перепаянных и безымянных приводов нумерация другая, и перед правкой нужен именно ваш мануал. Названия и смысл повторяются у всех производителей.

Две оговорки по таблице. Во-первых, нижний предел по руководству настройки шпинделя лучше не ставить нулевым: на 24 000 об/мин вращение с малыми оборотами подходит для остановки, но не для долгой работы. Во-вторых, время разгона по умолчанию у Huanyang зависит от модели, а у ранних версий оно считается от базы 50 Гц, поэтому реальный разгон до 400 Гц может идти иначе, чем показывает параметр. Если привод падает на разгоне, время увеличивают, а не уменьшают.

Ловушки, на которых застревают чаще всего

Предел частоты стоит в нескольких местах. Поднятая максимальная частота не помогает, если базовая частота осталась 50 Гц или верхний предел задан отдельным параметром. У разных приводов шпиндель упирался то в 50–72 Гц, то в 320 Гц. По описаниям операторов, на части приводов 320 Гц получается из-за шага индикации 0,01 Гц. Поднимают максимальную и верхнюю частоту до рабочей, и только потом задают рабочую.

Параметры не пишутся. Если на дисплее прочерки, а значения не меняются, включена блокировка записи. У Huanyang это PD000 (0 — запись разрешена, 1 — заблокирована; при блокировке не сбросить и заводские настройки). У других марок блокировка может быть отдельной ячейкой, а не паролем, и называется по-разному.

Заводские настройки нового привода. У многих китайских приводов из коробки заданная частота нулевая, реверс запрещён, а источником команд выбрана внешняя клеммная колодка вместо панели, поэтому на кнопку «пуск» привод не откликается. Перед подключением к плате просмотрите эти параметры. Трёхфазный привод включают в однофазную сеть 220 В, только если на нём есть пометка «вход 1/3 фазы». Мощности с этикетки доверять не стоит: у части дешёвых приводов заявленные 3 кВт по факту оказывались 2,2.

Привод 380 В на сети 220 В. Привод на 380 В от одной фазы не заработает, он покажет низкое напряжение. Для питания шпинделя от обычной розетки берут привод с входом 220 В и выходом на три фазы 220 В, а шпиндель с обмотками в треугольник на 220 В. Привод 380 В с выходным напряжением, выставленным на 220 В, питает шпиндель на 220 В, если проверены защитные параметры, но здесь мнения расходятся: часть операторов против.

Мощность привода. Шпиндель меньшей мощности можно подключить к более мощному приводу, вписав в привод ток и напряжение шпинделя и поставив нормальные разгон и торможение. Обратное, то есть слабый привод на мощный шпиндель, оборачивается перегрузкой.

Привод с потолком 400 Гц. Бюджетные приводы ограничены 400–650 Гц. Для оборотов выше 24 000 нужен привод с выходом 800–1000 Гц, а не перепрошивка: операторы называют переделку прошивки ради частоты выше штатной и сброс пароля программатором опасными для привода и обмотки.

Первый пуск по шагам

Для обкатки после замены подшипников операторы советуют ориентир: по часу на 10 000, 14 000 и 18 000 об/мин, прежде чем выходить на максимум. Это опыт практиков, у производителя шпинделя в паспорте может быть своя схема, и она в приоритете.

Пуск и обороты с платы или пульта

Привод слушает плату, когда ему разрешили. Для этого в приводе включают внешнее управление (у Huanyang PD001 = 1 для команды пуска, PD002 = 1 для частоты с аналогового входа, а тип сигнала 0–10 В задаёт PD070), а на плате делают две отдельные цепи.

Пуск и стоп. Плата замыкает клеммы «вперёд» и общий (FOR и DCM у Huanyang, у других марок FWD и COM). Проверить цепь проще всего перемычкой: замкнули FOR и DCM, шпиндель пошёл, значит, привод настроен верно, а вопросы к плате. Нагрузка на этом выходе небольшая, и если шпиндель включают через реле, контакты берут с запасом по току шпинделя: реле на 2 А для нагрузки 3,6 А операторы назвали недопустимым.

Обороты. Аналоговый вход привода (VI у Huanyang) ждёт напряжение 0–10 В, и частота пропорциональна напряжению. Если у платы нет аналогового выхода, а есть только ШИМ, ставят преобразователь ШИМ в 0–10 В. Для редкой регулировки хватает потенциометра 4,7–10 кОм между +10 В привода, входом VI и общим проводом.

Типичные причины, по которым обороты не слушаются:

• привод оставили на панели или потенциометре, источники команды и частоты не переключены на клеммы;
• плата выдаёт ШИМ, а привод ждёт 0–10 В, либо у платы для коллекторных шпинделей аналогового выхода нет вовсе;
• на стойках со ступенчатой скоростью (до восьми ступеней по трём-четырём выходам) привод не запрограммирован под ступени, нет общего провода, перепутан режим входов NPN/PNP;
• в кабеле ступеней обрыв или холодная пайка, обороты меняются от шевеления проводов;
• в стойке максимум оборотов задан под 24 000, а шпиндель на 18 000 или 9000: для NC Studio 5.5 со шпинделем 9000 практики пересчитывают обороты множителем 24 000/9000;
• в Mach3 сигнал ШИМ выведен на пин, который не разведён в LPT-кабеле, либо частота ШИМ низкая (200 Гц, шпиндель воет рывками), и её поднимают примерно до 500 Гц;
• плата даёт меньше 10 В, и привод не доходит до 400 Гц: подгоняют усиление и смещение аналогового входа привода или берут 10 В с самого привода.

После команды пуска в программе ставят паузу на разгон, например G04 P5 после M3. Иначе фреза врезается в материал, пока шпиндель ещё набирает обороты. В конце программы нужен M5, причём латиницей: в одном из случаев кириллическая «М» не распозналась, и шпиндель продолжил вращение. Команды управления шпинделем разбирает статья про G-код для начинающих, а о том, что делает программа и что делает плата, рассказано в материале про Mach3, Mach4 и LinuxCNC.

Если смотреть на готовые малые фрезеры, то у Wattsan A1 и M1 в карточках указаны контроллеры NcStudio и RichAuto, а шпиндель 1,5–2,2 кВт. Схема подключения у них уже собрана на заводе, и вопросы по обороту и пуску возникают при замене привода или платы.

Аварии привода: что значит и что делать

Первое, что делают при аварии, это читают код на дисплее и ищут его в руководстве именно своей модели. Привод определяют по шильдику. Таблица ниже собрана по руководствам Huanyang и сверена по общему смыслу с Delta, ABB, Schneider и Invertek: названия кодов у марок разные, а причины одинаковые.

Операторы описывают одни и те же причины, и в каждой приходится идти от простого к сложному.

Перегрузка на разгоне. Время разгона 0,5 секунды для шпинделя с большим ротором не подходит: привод тянет пусковой ток, и защита срабатывает. В одной из тем для привода 5,5 кВт выставляли 15 секунд. Если время увеличили, а авария осталась, смотрят кабель и обмотку.

Перенапряжение на торможении. Ротор на высоких оборотах тормозится, и энергия уходит обратно на шину привода. Её гасит тормозной резистор: он нужен, как правило, станкам с автосменой и мощными шпинделями, где остановка без него занимает 5–15 секунд. Для обычного фрезера по дереву хватает штатного торможения. Если резистор перегревается, измеряют сетевое напряжение: в одном описании при 240–245 В резистор раскалялся до 100–200 °C, а при 230 В режим нормализовался.

Шпиндель туго вращается. После замены подшипников перетянутый вал даёт токовую перегрузку, и виноват не привод. Крутят вал рукой на остановленном шпинделе: должен идти ровно и без заедания.

Что виновато: привод или шпиндель. Отсоединяют кабель от шпинделя на выходе привода. Если авария остаётся, виноват привод, если пропала, то кабель или шпиндель. Второй способ на станках с двумя шпинделями или приводами: поменять местами, и ошибка поедет вслед за неисправным узлом. Обмотки прозванивают на равенство сопротивления и на пробой на корпус, лучше мегомметром, потому что мультиметр не всегда видит межвитковое замыкание и пробой под рабочим напряжением. Помогает и запасной кабель на время проверки.

После хлопка. Привод повторно не включают: сначала проверяют кабель и обмотки. Повторное включение без поиска причины в обсуждениях приводило к новому выгоранию. Одинаковое сопротивление обмоток не исключает короткозамкнутые витки.

Привод, который стареет. Высохшие электролитические конденсаторы, остановившийся вентилятор, забитый пылью радиатор и просадки напряжения проявляются так: привод включается только после прогрева или падает при пуске. Радиатор продувают, вентилятор проверяют, запасной привод держат на складе, если станок кормит заказами.

Кабель, экран, заземление

Помехи от привода, по описаниям операторов, ползут в сигнальные цепи: оси уходят, компьютер зависает. Руководства производителей сходятся в практике.

• Кабель шпинделя берут экранированный. Danfoss, Schneider и Huanyang рекомендуют заземлять экран, причём у Danfoss и Schneider с обоих концов.
• Длина кабеля двигателя ограничена: у Huanyang свыше 15 м для привода 220 В и 30 м для 380 В нужен специальный двигатель или реактор, а на длинном кабеле снижают несущую частоту. У Delta реактор нужен, если кабель длиннее 20 м.
• Контактор, конденсатор или варистор между приводом и двигателем не ставят. Если контактор необходим, его переключают только при снятом выходном напряжении привода.
• Привод и корпус шпинделя подключают к защитному проводнику PE отдельной жилой. Соединять PE с рабочим нулём на самом станке нельзя, схему заземления определяет электрик по правилам для вашей сети.
• Силовой и сигнальный кабели разводят отдельно и не прокладывают вплотную.
• Многожильную жилу под винтовую клемму оконцовывают втулочным наконечником с обжимом, а не пайкой: от вибрации жила ломается на границе облуженного участка.

О вводе питания, защите и стабилизаторе написано в статье про электричество для станков с ЧПУ в цехе.

Когда нужен инженер

Привод в настройке не сложнее розетки, пока всё идёт по паспорту. Сложности начинаются, когда на станке перепутаны провода платы, привод безымянный, шпиндель с замыканием, а заказ стоит. Для готового станка пусконаладка и подключение шпинделя входят в работу продавца. У продавцов с собственным сервисом, вроде Lasercut, пусконаладку делают штатные инженеры, и они же приезжают на ремонт станков, купленных у других продавцов, по условиям пусконаладки.