易驅(qū)變頻器在數(shù)控機(jī)床主軸上的應(yīng)用

1引言

　　數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機(jī)床產(chǎn)量和總擁有量的百分比，是衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。數(shù)控車床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一，它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置，幾十年來(lái)一直受到世界各國(guó)的普遍重視，并得到了迅速的發(fā)展。主軸是車床構(gòu)成中一個(gè)重要的部分，對(duì)于提高加工效率，擴(kuò)大加工材料范圍，提升加工質(zhì)量都有著很重要的作用。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床大多數(shù)是不能自動(dòng)變速的，需要變速時(shí)，只能把機(jī)床停止，然后手動(dòng)變速。而全功能數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)大多采用無(wú)級(jí)變速。無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)主要有伺服主軸系統(tǒng)和直流主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機(jī)。通過(guò)皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，或通過(guò)皮帶傳動(dòng)和主軸箱內(nèi)的減速齒輪以獲得更大的轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機(jī)調(diào)速范圍廣，又可無(wú)級(jí)調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。本文主要介紹易驅(qū)ED3800系列變頻器在數(shù)控機(jī)床上的優(yōu)越性。

2數(shù)控車床的功能要求、主要參數(shù)及對(duì)變頻器功能需求

數(shù)控車床的功能需求：

1.控制方式選用開環(huán)矢量控制；

2.外部端子兩線控制，正轉(zhuǎn)X1、反轉(zhuǎn)X2；

3.頻率給定為0~10V模擬量給定AI1；

4.能保證300r／min速度下正常切削，低速力矩要求較大；

5.加減時(shí)間根據(jù)客戶要求，一般0.4－3S,需要制動(dòng)單元變頻器；

6.需要故障信號(hào)輸出。

主要的參數(shù)和性能指標(biāo)：

（1）3.0kW數(shù)控車床

電動(dòng)機(jī)參數(shù)：額定功率：3.0kW，額定頻率：50Hz，額定電壓：380V，額定電流：7.8A，額定轉(zhuǎn)速：970r/min
機(jī)械傳動(dòng)比：1：1.5

加工材料：45#鋼

實(shí)際測(cè)試性能指標(biāo)：主軸轉(zhuǎn)速：200r/min（變頻器運(yùn)行頻率15Hz左右）的進(jìn)刀性能及速度

（2）5.5kW數(shù)控車床

電動(dòng)機(jī)參數(shù)：額定功率：5.5kW，額定頻率：50Hz, 額定電壓：380V，額定電流：13A，額定轉(zhuǎn)速：1400r/min
機(jī)械傳動(dòng)比：1：1.5

加工材料：45#鋼

實(shí)際測(cè)試性能指標(biāo)：主軸轉(zhuǎn)速：200r/min（變頻器運(yùn)行頻率9～10Hz）和主軸轉(zhuǎn)速：450r/min（變頻器運(yùn)行頻率22Hz左右）的進(jìn)刀性能及速度

3 ED3800系列變頻器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用

ED3800系列變頻器采用先進(jìn)磁通控制技術(shù)，電機(jī)在低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大，速度精度高，價(jià)格合理，功能齊全，具有瞬停電處理及速度跟蹤再啟動(dòng)功能，確保系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行機(jī)制，以保證電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在最高效率狀態(tài)，因此，采用ED3800高性能變頻器代替主軸交流伺服系統(tǒng)，是機(jī)床行業(yè)最佳的選擇。

（1）ED3800變頻器特點(diǎn)的介紹

輸出頻率范圍:0-600HZ

速度控制方式；無(wú)PG矢量控制，V/F控制

指令通道方式：操作控制、端子控制、遠(yuǎn)程操作控制

頻率給定方式：數(shù)字鍵盤給定、模擬量給定（電流、電壓信號(hào)）、遠(yuǎn)程通訊給定、多段速給定、PID閉環(huán)給定等

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大：0.5Hz/150% SVC 滿足機(jī)床主軸在低速情況下的加工需求；

載波頻率范圍：1.0K～15.0KHz

速度控制精度：±0.5%最高速度 SVC

自動(dòng)電壓調(diào)整（AVR）：當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)，能自動(dòng)保持輸出電壓恒定

自動(dòng)限流：能限制電機(jī)電流的最大值，從而可靠地保護(hù)變頻器和電機(jī)

擺頻控制：多種三角波頻率曲線，滿足紡織行業(yè)的個(gè)性化需求

所有的輸入、輸出端子皆為可編程的，方便用戶的使用開環(huán)轉(zhuǎn)矩控制：可實(shí)現(xiàn)真正的張力控制

全系列獨(dú)立風(fēng)道設(shè)計(jì)

（2）調(diào)試環(huán)境以及接線、調(diào)試方法

客戶選配電機(jī)為3.0kW/50Hz/380V，選用變頻器型號(hào)為ED3800-4T0040M，制動(dòng)電阻400W/150歐姆。

變頻器AI1/GND端子提供與數(shù)控系統(tǒng)速度模擬量，AI1接數(shù)控系統(tǒng)模擬量接口正信號(hào)，GND接負(fù)信號(hào)，信號(hào)為0～10V模擬電壓信號(hào)，控制主軸轉(zhuǎn)速。X1/X2/COM可以設(shè)定為變頻器的正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)信號(hào)端子，通常由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出正轉(zhuǎn)信號(hào)或者反轉(zhuǎn)信號(hào)，來(lái)驅(qū)動(dòng)中間繼電器，中間繼電器的常開接點(diǎn)接入變頻器的正反轉(zhuǎn)。參數(shù)設(shè)置如下：

F1.14和F1.15為加速時(shí)間和減速時(shí)間，根據(jù)客戶的要求，F(xiàn)1.14=2S，F(xiàn)1.15=0.4S；

F7.00設(shè)定為1正轉(zhuǎn)，F(xiàn)7.02設(shè)定為2反轉(zhuǎn)；

F3.01到F3.05按照電機(jī)銘牌設(shè)置，F(xiàn)3.11選2參數(shù)自學(xué)習(xí)。

F1.12上限操作頻率選擇，對(duì)應(yīng)于模擬信號(hào)10V輸入時(shí)變頻器的輸出頻率，由于是在0～2000rpm范圍內(nèi)調(diào)速，將機(jī)械減速比折算進(jìn)去以后，此參數(shù)需要設(shè)置66.7Hz；

F1.01參數(shù)為運(yùn)行命令通道選擇設(shè)置為2端子運(yùn)行。

F1.02參數(shù)為頻率來(lái)源設(shè)定，設(shè)置為3外部端子0-10V信號(hào)控制；

（3）調(diào)試結(jié)果

主軸電機(jī)采用ED3800高性能變頻器驅(qū)動(dòng)，滿足加工要求，延長(zhǎng)刀具的使用壽命。由于采用的領(lǐng)先的磁通算法，即使在低轉(zhuǎn)速（低頻）運(yùn)行下也能平穩(wěn)輸出100%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(dòng)軸承主軸結(jié)構(gòu)，并且此主軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、可以實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)級(jí)調(diào)速。此主軸的轉(zhuǎn)速由外部模擬量信號(hào)來(lái)控制輸出頻率，在不同的加工工藝（如；粗加工、精加工等）需要不同的轉(zhuǎn)速，此時(shí)可由數(shù)控系統(tǒng)輸出不同的模擬量電壓信號(hào)給變頻器，實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速，同時(shí)啟停信號(hào)也由數(shù)控系統(tǒng)控制，提高自動(dòng)化程度！

（4）系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

1.最大頻率加、減速時(shí)間可達(dá)到0.1s；

2.采用電流矢量控制技術(shù)0.5Hz運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩能夠達(dá)到150%額定力矩平穩(wěn)輸出，完全滿足數(shù)控車床的低；

3.電機(jī)參數(shù)自動(dòng)辨識(shí)功能，靜態(tài)識(shí)別電機(jī)參數(shù)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性；

4.調(diào)速范圍0～600Hz完全滿足數(shù)控車床的高頻要求；

5.自動(dòng)跟蹤負(fù)載的變化自動(dòng)限定輸出電流，使其不超過(guò)允許的最電流值。即使負(fù)載突變、快速加減速，變頻器也不發(fā)生過(guò)流、短路等故障，實(shí)現(xiàn)變頻器配置的高性能、高可靠性；

6.高速停機(jī)時(shí)響應(yīng)快速穩(wěn)定；

7.變頻器與電機(jī)同功率使用，一般無(wú)需放大變頻器的容量。

4結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控機(jī)床主軸一般交流伺服系統(tǒng)、進(jìn)口品牌矢量控制變頻器以及變頻專用電機(jī)，購(gòu)置費(fèi)用很高；易驅(qū)ED3800系列變頻器以其獨(dú)特的性能和優(yōu)越的性價(jià)比，在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用上迅速崛起，為機(jī)床行業(yè)的客戶降低約一倍的成本費(fèi)用，而且可靠性高,為客戶創(chuàng)造更多的效益。

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