國產變頻器在數控車床上的應用
一、概述:
數控車床又稱CNC車床,是一種高精度、率的自動化機床。配備多工位刀塔或動力刀塔,具有廣泛的加工工藝性能;可按照事先編制好的加工程序,自動地對被加工零件進行加工,能加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋、槽、蝸桿等復雜工件,是目前國內使用量zui大,覆蓋面zui廣的一種機床。

現代機床多采用多電機拖動,主軸和各進給系統分別由各自電機拖動。由于機床可加工不同產品,材質、刀具、工序、工位各個不同,要求機床的執行部件有不同的運動速度和作用力,因此,機床的主運動應能進行調速。
傳統的數控車床主軸調速,一般采用電機帶動減速箱來傳動和調速,即所謂機械調速,這種傳動方式有以下三種特點:
1、負載具有恒功率特性,由于齒輪箱的轉矩跟速度成反比變化,所以,在齒輪箱變速時,如果不計齒輪箱的摩擦等因素造成的功率損耗,減速箱處于恒功率狀態。
2、主軸速度變化一般是有級調速。齒輪箱的齒輪齒數固定,通過機械變換,只能產生有限幾種速度,這些速度是跳躍、非連續的。
3、低速時過載能力強。傳動系統在工作時的速度高于低速,由于齒輪箱的轉矩跟速度成反比,造成低速時轉矩遠大于工作轉矩,給傳動系統帶來很強的低速過載能力。

圖例一

圖例二
一般的機械傳動基本結構如上圖,這種傳動的局限性很明顯:
機械傳動一般情況下不夠平穩,制造精度不高時,振動和噪聲較大;實現無級變速的機構較復雜,成本高。從上圖也可看到,傳動鏈較長,機構復雜、維修不方便。
隨著電氣傳動技術,如變頻調速技術的迅速發展和日趨完善,高速數控機床的主傳動系統的機械結構得到極大的簡化,基本上取消了帶輪傳動和齒輪傳動。機床主軸由內裝式電動機直接驅動,從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零,實現了機床的“零傳動”。變頻器通過調整頻率和電壓,簡單地實現機床主軸無級調速,還可實現遠距離操作,很容易實現自動控制。
二、數控車床對變頻器的要求:
數控車床在加工一些工件時,特別是低速粗加工的重切削情況下,要求能在低速運行下輸出較大的力矩,對變頻器的要求就是低頻力矩大。
機床加工工件,大多數要求選擇的加工速度,在此速度下加工時,才能發揮機床和刀具的zui大效益。一方面,隨著工件的大小、材料性質、要求的尺寸精度、表面粗糙度以及所用刀具的不同,的切削速度亦不相同,另一方面,機床的快速進刀、快速退刀和對刀調整等輔助工作的調整也需要不同的運動速度,因此就必須保證機床能在不同的速度下工作,以適應不同的加工工藝,這就要求變頻器有較寬的調速范圍。一般較低的要求為:1:100,高的要求為1:1000或以上。速度精度的要求一般要求靜差度小于5%,更高的要求為1%以下,如果速降過大,則加工的質量就會受到影響,如光潔度就不好。
保證機床運動平穩的前提下,實現以過渡過程時間zui短為目標的*加減速控制規律能使機床更好地滿足高精度加工要求,特別是在高速加工中,加減速功能顯得尤為重要。數控系統加減速控制功能是指數控系統有程序預讀功能——能“預測”加工方向的未來變化并調整運動速度使之符合編程表面要求;在被加工表面形狀(曲率)發生變化時及時采取改變進給速度等措施以避免過切;當刀具切入工件時,數控系統可以根據需要自動降低進給速率,因此,數控系統加減速控制功能可使工程師在編程進給速率時只需用zui高加工速度,數控系統能自動根據工件輪廓調整實際速度,可大大節省加工時間。在cnc裝置中,為了保證機床在起動或停止時不產生沖擊、失步、超程或振蕩,必須對進給電機的頻率或電壓進行加減速控制,即在機床加速起動時保證加在電機上的頻率或電壓逐漸增加,而當機床減速停止時保證加在電機上的頻率或電壓逐漸減小。這些應用要求變頻器的加減速快,以應對速度的迅速變化。
綜上撰述,數控機床對變頻器要求:
1、調速范圍寬,低頻力矩大;
2、速度控制精度高;
3、加減速快,剎車效果好;
4、適應金屬加工金屬粉塵多、油霧大的環境。
三.某品牌變頻器機床系列在數控車床上的應用
某品牌變頻器用于驅動機床主軸,主軸轉速一般工作在0~6000RPM,根據工藝要求實時改變轉速。

HD700變頻器接線圖

參數代碼 | 參數名稱 | 參數值 | 備注 |
P00.01 | 電機額定電流 | | 電機參數,請按電機銘牌設置 |
P00.02 | 電機額定頻率 | | |
P00.03 | 電機額定轉速 | | |
P00.06 | zui大運行頻率 | 150 | 請按實際需要設定 |
P00.07 | 加速時間 | 2 | 請按實際需要設定,默認為2秒 |
P00.08 | 減速時間 | 2 | 請按實際需要設定,默認為2秒 |
P00.11 | 用戶操作方式 | 1 | 端子控制 |
P00.12 | 設定頻率源選擇 | 3 | 模擬信號AI1給定頻率 |
P00.13 | 停機方式選擇 | 2 | 減速停機+直流制動 |
P00.14 | 停機直流制動起始頻率 | 1.5 | |
P00.15 | 停機直流制動電流 | 70 | 根據實際需要調整 |
P00.16 | 停機直流制動時間 | 0.10 | 根據實際需要調整 |
P00.17 | 能耗制動直流電壓點 | 730 | 根據實際需要調整 |
1、機床型變頻器,機床常用參數默認,只需要改變zui大轉速對應的zui大運行頻率便可以使用,調試簡單;
2、模擬量處理方法,速度穩定,誤差小;
3、變頻器采用矢量控制方式,在低頻啟動時,有較大轉矩,啟動轉矩在0.5Hz時,為100%,在1Hz時,為150%額定轉矩,保證全程切削能力強。調速范圍為0~2000Hz,按不同機型,從1:100(開環矢量)到1:1000(閉環矢量)。在穩態運行時,轉速精度為1%n0。
4、雙CPU控制,動態性能好;加減速快,提高生產效率;
5、*的防護設計,電路板噴上三防漆,保護電路板不受普通油氣的影響,更好適應金屬加工環境。
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