變頻器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

摘要 目前，變頻器廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)的交流電機(jī)的啟動(dòng)調(diào)速中，在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用越來(lái)越普遍和實(shí)用，本文結(jié)合實(shí)際應(yīng)用談?wù)勛冾l器在該行業(yè)的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞 變頻器 數(shù)控機(jī)床 主軸傳動(dòng)

中圖分類號(hào)：TM921.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 數(shù)控機(jī)床的主軸傳動(dòng)使用變頻控制前后的特點(diǎn)

數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)是主軸通過(guò)卡盤或頂尖帶動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，是電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪箱來(lái)傳動(dòng)和調(diào)速的。在機(jī)械加工過(guò)程中，需要經(jīng)常對(duì)主軸的旋轉(zhuǎn)有不同的運(yùn)行速度要求，操作人員通過(guò)手柄組合的多個(gè)位置來(lái)控制離合器的分與合，得到齒輪的多種組合，從而得到多檔的轉(zhuǎn)速，操作不方便，維修量也比較大，實(shí)踐證明，調(diào)速用的電磁離合器損壞率較高。原有機(jī)床的主軸傳動(dòng)的這一特點(diǎn)已經(jīng)不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)數(shù)控機(jī)床的需求，目前，數(shù)控機(jī)床配套使用變頻器對(duì)主軸進(jìn)行調(diào)速控制越來(lái)越普遍和實(shí)用，相比原有的控制方式，有以下一些優(yōu)良特點(diǎn)：

（1）主軸變頻調(diào)速的范圍很寬，一般通用型變頻器能在0～400Hz范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，能充分滿足主軸對(duì)調(diào)速范圍的要求。

（2）數(shù)控機(jī)床配套使用變頻器可以簡(jiǎn)化齒輪箱等原有復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，而且操作簡(jiǎn)單，維修方便。

（3）變頻器在低頻下可以提供150%負(fù)載轉(zhuǎn)矩的能力，符合機(jī)床主軸電機(jī)具有較硬機(jī)械特性的要求，能夠提供150%的過(guò)載保護(hù)（60s），使機(jī)床在低速時(shí)具有強(qiáng)大過(guò)載能力。

（4）變頻器具有的電壓、電流模擬輸入端口，數(shù)控機(jī)床的控制信號(hào)可以很好地與變頻器配合使用。

2 變頻器在數(shù)控機(jī)床的主軸傳動(dòng)控制中的具體應(yīng)用情況

數(shù)控機(jī)床擬采用富士變頻器（型號(hào)：FRN2.2G11S-4CX）帶動(dòng)主軸調(diào)速運(yùn)行，圖1是變頻器主電路控制圖，在該控制系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的正反向運(yùn)行和故障復(fù)位由外圍通過(guò)變頻器的FWD、REV和X8與CM端子實(shí)現(xiàn)控制；主軸電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由數(shù)控系統(tǒng)輸出的電壓信號(hào)的大小來(lái)控制，數(shù)控系統(tǒng)輸出的DC0～10V信號(hào)通過(guò)變頻器的12-11端子送入變頻器，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量設(shè)定轉(zhuǎn)速對(duì)模擬量變頻輸出的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸電動(dòng)機(jī)的調(diào)速；通過(guò)變頻器的30A、30B和30C觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)。另外，該主電路還增加了旁路控制，增加了主軸電動(dòng)機(jī)的控制功能，也兼有備用的功能。圖2是變頻器控制系統(tǒng)控制線路圖。

根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床設(shè)計(jì)的要求，合適設(shè)置參數(shù)能夠保證主軸電機(jī)的正常運(yùn)行，各參數(shù)的設(shè)置參見(jiàn)表1。

參數(shù)設(shè)置時(shí)要注意：（1）變頻器參數(shù)設(shè)定之前按《FRENIC 5000G11S/P11S操作說(shuō)明書(shū)》第5-31頁(yè)的P04 M1自整定1設(shè)定為2的自整定步驟進(jìn)行電機(jī)參數(shù)自整定，自整定之前注意安全幾脫開(kāi)電機(jī)負(fù)載。（2）轉(zhuǎn)速提升過(guò)高可以調(diào)節(jié)參數(shù)F17（頻率設(shè)定信號(hào)增益），增大設(shè)定值則轉(zhuǎn)速成比例提高，減小設(shè)定值則轉(zhuǎn)速成比例降低，調(diào)節(jié)F18（頻率偏置），增大設(shè)定值則轉(zhuǎn)速成絕對(duì)值提高，減小設(shè)定值則轉(zhuǎn)速成絕對(duì)值降低。以上設(shè)置的參數(shù)，用戶可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要作微量調(diào)整。

數(shù)控機(jī)床配套使用變頻器后各方面的性能都有明顯提升，機(jī)床的主軸電動(dòng)機(jī)可在0～400Hz范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，當(dāng)然大部分機(jī)床的主軸電動(dòng)機(jī)都在3000r/min以下工作，一般的加工速度使用在100～3000r/min內(nèi)連續(xù)可調(diào)；操作人員可以根據(jù)實(shí)際加工需要在0.1～30s內(nèi)調(diào)節(jié)機(jī)床的主軸電動(dòng)機(jī)加減速時(shí)間；主軸電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力可在100%～180%調(diào)節(jié)，滿足主軸電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力強(qiáng)的特點(diǎn)；變頻器本身保護(hù)功能完善，可以提供各種電氣保護(hù)，并有故障指示，使用變頻器時(shí)也可能出現(xiàn)電源電壓低引起變頻器保護(hù)動(dòng)作的問(wèn)題，客戶使用時(shí)必須保證變頻器電源電壓的正常；使用了變頻器后自動(dòng)化程度高，工人操作簡(jiǎn)單，維修方便。

3 結(jié)論

在數(shù)控車床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，采用變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)節(jié)主軸的轉(zhuǎn)速，對(duì)提高機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)效率都十分重要，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的提高、產(chǎn)量的增加、成本的降低、自動(dòng)化程度的提高和維修量的減少有著重要的作用，正被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中。

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