數(shù)字控制機床,簡稱數(shù)控機床(NC , Numerical Control),是三十年來綜合應(yīng)用集機械无虚、電氣缔赠、液壓、氣動骑科、微電子和信息等多項技術(shù)為一體的機電一體化產(chǎn)品,在現(xiàn)代機床生產(chǎn)中,一般采用多電機拖動,主軸和各進(jìn)給系統(tǒng)分別由各自的電機來拖動橡淑。由于機床加工范圍較廣,不同的工件,不同的工序,使用不同的刀具,要求機床執(zhí)行部件具有不同的運動速度,因此機床的主運動應(yīng)能進(jìn)行調(diào)速,主軸調(diào)速系統(tǒng)一般采用交流主軸系統(tǒng),隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,數(shù)控機床的主軸的交流拖動,同樣能夠很好滿足需要。主驅(qū)動電機通過皮帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn),或通過皮帶傳動和主軸箱內(nèi)的減速齒輪(以獲得更大的轉(zhuǎn)矩)帶動主軸旋轉(zhuǎn)账菊。由于主軸電機調(diào)速范圍廣,又可無級調(diào)速,使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡化祥喳。

數(shù)控機床對應(yīng)用技術(shù)的要求

1、電機要求

通常要求用變頻電機,或者普通電機加風(fēng)扇以滿足電機在低頻的散熱要求册吹、并且要求電機調(diào)速范圍廣貌硬。

2、變頻器的技術(shù)要求

1)要求低頻力矩大

選用矢量變頻器,低頻時(1~10Hz)能出來150%額定轉(zhuǎn)矩馒狡。

2)轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)速度快,穩(wěn)速精度高

選用矢量變頻器,能實現(xiàn)很好的動態(tài)響應(yīng)效果,依據(jù)負(fù)載的變化,通過輸出轉(zhuǎn)矩的變化很快做出響應(yīng),從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸速度的穩(wěn)定嚣褐。

3)減速停車速度快

通常數(shù)控機床的加減速時間都是比較短的,加速時間靠變頻器的性能保證,減速時間則依靠外加制動電阻或制動單元。

4)進(jìn)行電機參數(shù)自學(xué)習(xí)

選用矢量變頻器后,要達(dá)到很好的控制性能通常都需要對電機進(jìn)行參數(shù)自學(xué)習(xí),其目的是獲取準(zhǔn)確的電機內(nèi)部參數(shù),以用于矢量控制計算煮肋。參數(shù)自學(xué)習(xí)所需要的電機銘牌參數(shù)有:電機額定功率逸茅、電機額定頻率、電機額定轉(zhuǎn)速响友、電機額定電壓详不、電機額定電流。有的變頻電機的銘牌上可能沒標(biāo)額定轉(zhuǎn)速值,可以根據(jù)經(jīng)驗值估計一下額定轉(zhuǎn)速扳辉。在進(jìn)行參數(shù)自學(xué)習(xí)時,務(wù)必要在空載(電機軸上不接負(fù)載)的時候進(jìn)行妖救。只有在空載的時候才能保證自學(xué)習(xí)出來的電機參數(shù)的準(zhǔn)確性。

如果現(xiàn)場條件沒辦法進(jìn)行空載運行,可以考慮用變頻器出廠的電機參數(shù)試運行粒梦。

5)頻率指令和運行指令

數(shù)控機床上使用的變頻器其頻率指令和運行指令都來源于CNC控制器,一般給定的的通道有兩種,一種是模擬量給定,另一種是多段速給定,或者兩者同時給定,以多段速優(yōu)先亮航。模擬量給定以電壓型模擬量為主,也有電流型的。變頻器對這兩種類型的模擬量都可以采集匀们。

3缴淋、抗干擾問題

變頻器在出廠的時候作了很好的抗干擾試驗,具有很強的抗干擾能力,但變頻器同時也是一個干擾源,在使用中很難避免不對其它設(shè)備進(jìn)行干擾,在數(shù)控機床上最容易被干擾的設(shè)備是CNC控制器。一旦CNC控制器受干擾后,系統(tǒng)將不能正常工作昼蛀。特別是變頻器的頻率指令和運行指令也可能會受到干擾,干擾嚴(yán)重的會造成頻率指令不穩(wěn)定,變頻器誤動作等宴猾。解決此類問題的辦法是在變頻器的輸出線上加磁環(huán)以減少高頻輻射。一般進(jìn)口的CNC的抗干擾能力較強叼旋。

下面以CHV100系列高性能矢量變頻器在沈陽某數(shù)控機床廠的應(yīng)用為例,講述數(shù)控機床的變頻調(diào)速控制技術(shù)仇哆。

系統(tǒng)構(gòu)成

變頻器 CHV100-5R5-4SL 制動電阻100Ω/520W5.5KW調(diào)速電機 CNC數(shù)控系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)圖

變頻器及數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)

主要的參數(shù)和性能指標(biāo):

5.5kW數(shù)控車床,電動機參數(shù):

額定功率:5.5kW, 額定頻率:50Hz,
額定電壓:380V, 額定電流:11A,
額定轉(zhuǎn)速:1440r/min 機械傳動比:1:1.5

加工材料:45#鋼

實際測試性能指標(biāo):(進(jìn)刀性能及速度)

1沦辙、主軸轉(zhuǎn)速:200r/min(變頻器運行頻率9～10Hz)
2、主軸轉(zhuǎn)速:450r/min(變頻器運行頻率22Hz左右)

參數(shù)設(shè)定:

P0.01=1 端子控制
P0.03=1 AI1頻率設(shè)定(信號來源于數(shù)控系統(tǒng))
P0.07=150.00Hz (最大頻率)
P0.08=150.00Hz
P0.11=8S(加速)
P0.12=4S(減速)
P5.02=1(S1正轉(zhuǎn))
P5.02=2(S2反轉(zhuǎn))
P5.02=9(S3外部故障輸入)
P5.02=7(S4故障復(fù)位)
P5.19= (0.50S AI1濾波時間)
P6.01=7(Y1輸出 頻率達(dá)到)
P6.04=3 (RO1輸出 故障輸出)
P6.05=19 (RO2輸出 變頻器運行中)
Pd.01=4 (S3輸入取反)

電機參數(shù)設(shè)定:

P2.01=50.00Hz
P2.02=1440RPM
P2.03=380V
P2.04=11.0A
P2.05=5.5Kw
P2.06=0.875
P2.07=0.875
P2.08=118.45
P2.09=114.21
P2.10=6.03

CHV100系列變頻器的特點

CHV100 系列高性能矢量變頻器采用先進(jìn)磁通控制技術(shù),電機在低速時轉(zhuǎn)矩大,速度精度高,價格合理,功能齊全,具有瞬停電處理及速度跟蹤再啟動功能,確保系統(tǒng)實現(xiàn)連續(xù)運行機制,以保證電機運轉(zhuǎn)在最高效率狀態(tài),因此,采用CHV100系列高性能矢量變頻器代替主軸交流伺服系統(tǒng),是機床行業(yè)最佳的選擇讹剔。

CHV100系列變頻器具有以下特點

(1)采用先進(jìn)的磁通控制算法,實現(xiàn)了真正的無速度傳感器矢量控制,在控制性能上比傳統(tǒng)的V/F控制方式有很大的改善油讯。
(2)起動轉(zhuǎn)矩大,0.5Hz/150%(SVC),0Hz/180%(VC)
(3)載波頻率范圍0～16KHz；可根據(jù)溫度和負(fù)載的特性自適應(yīng)調(diào)整
(4)提供標(biāo)準(zhǔn)的0～10V模擬量接口,能夠與大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)接口兼容,通用性強
(5)過負(fù)載能力強,150%額定輸出電流一分鐘延欠；
(6)提供多功能的輸出端子信號,例如故障輸出信號,運行中信號,速度到達(dá)等輸出信號,能夠很好的滿足系統(tǒng)對于主軸速度狀態(tài)的監(jiān)控陌兑；

調(diào)試結(jié)果

事實證明采用CHV100系列高性能矢量變頻器完全能夠滿足機床主軸控制的要求。CHV100采用的領(lǐng)先的磁通算法,即使在低轉(zhuǎn)速(低頻)運行下也能平穩(wěn)輸出150%的轉(zhuǎn)矩,以滿足不同零件的加工需要,完全可以取代傳統(tǒng)的滾動軸承主軸結(jié)構(gòu),并且此主軸結(jié)構(gòu)簡單禽虹、緊湊素司、可以實現(xiàn)真正的無級調(diào)速。此主軸的轉(zhuǎn)速由外部模擬量信號來控制輸出頻率,在不同的加工工藝(如赌置；粗加工押逾、精加工等)需要不同的轉(zhuǎn)速,此時可由數(shù)控系統(tǒng)輸出不同的模擬量電壓信號給變頻器,實現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速,同時啟停信號也由數(shù)控系統(tǒng)控制,提高了自動化程度、延長了刀具的使用壽命蓝捌。

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