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数字控制机床,简称数控机床(NC , Numerical Control),是三十年来综合应用集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品,在现代机床生产中,一般采用多电机拖动,主轴和各进给系统分别由各自的电机来拖动。由于机床加工范围较广,不同的工件,不同的工序,使用不同的刀具,要求机床执行部件具有不同的运动速度,因此机床的主运动应能进行调速,主轴调速系统一般采用交流主轴系统,随着变频调速技术的发展,数控机床的主轴的交流拖动,同样能够很好满足需要。主驱动电机通过皮带传动带动主轴旋转,或通过皮带传动和主轴箱内的减速齿轮(以获得更大的转矩)带动主轴旋转。由于主轴电机调速范围广,又可无级调速,使得主轴箱的结构大为简化。
·数控机床对应用技术的要求
1、电机要求--通常要求用变频电机,或者普通电机加风扇以满足电机在低频的散热要求、并且要求电机调速范围广。
2、变频器的技术要求
1)要求低频力矩大---选用矢量变频器,低频时0.5能出来150%额定转矩。2)转矩动态响应速度快,稳速精度高
选用TOPVERT G1矢量变频器,能实现很好的动态响应效果,依据负载的变化,通过输出转矩的变化很快做出响应,从而实现转轴速度的稳定。3)减速停车速度快----通常数控机床的加减速时间都是比较短的,加速时间靠变频器的性能保证,减速时间则依靠外加制动电阻或制动单元。4)频率指令和运行指令---数控机床上使用的变频器其频率指令和运行指令都来源于CNC控制器,一般给定的的通道有两种,一种是模拟量给定,另一种是多段速给定,或者两者同时给定,以多段速优先。模拟量给定以电压型模拟量为主,也有电流型的。变频器对这两种类型的模拟量都可以采集。
3、抗干扰问题
变频器在出厂的时候作了很好的抗干扰试验,具有很强的抗干扰能力,但变频器同时也是一个干扰源,在使用中很难避免不对其它设备进行干扰,在数控机床上最容易被干扰的设备是CNC控制器。一旦CNC控制器受干扰后,系统将不能正常工作。特别是变频器的频率指令和运行指令也可能会受到干扰,干扰严重的会造成频率指令不稳定,变频
器误动作等。解决此类问题的办法是在变频器的输出线上加磁环以减少高频辐射。一般进口的CNC的抗干扰能力较强。
下面以TOPVERT-G1系列高性能矢量变频器在沈阳某数控机床厂的应用为例,讲述数控机床的变频调速控制技术。
·系统构成
  阳冈变频器 TOPVERT G1-435P5 制动电阻100Ω/520W 5.5KW调速电机 CNC数控系统
 
·阳冈变频器及数控系统的参数
主要的参数和性能指标: 5.5kW数控车床,电动机参数:额定功率:5.5kW, 额定频率:50Hz, 额定电压:380V, 额定电流:11A,额定转速:1440r/min 机械传动比:1:1.5加工材料:45#钢
实际测试性能指标:(进刀性能及速度)
1、主轴转速:200r/min(变频器运行频率9~10Hz)
2、主轴转速:450r/min(变频器运行频率22Hz左右)
 

参数设定:
Pr0-18=2频率指令来源Pr0-18=3运行指令来源Pr3-02=1(AC1频率输入)Pr1-00=150.00Hz (最大频率)
Pr1-01=150.00HzPr1-11=8S(加速)Pr1-12=4S(减速) Pr2-01=14(MI1外部故障输入) Pr1-11=5(MI2故障复位)Pr3-01=0.10(0.10S 类比滤波时间) Pr2-21=2(M01输出 频率达到)Pr2-19=11(R1A输出 故障输出)
Pr2-20=1 (R2A输出 变频器运行中)
电机参数设定:Pr1-01=50.00HzPr1-02=380VPr5-00=11.0APr5-03=4Pr5-05=1
·TOPTVERT-G1系列变频器的特点
TOPTVERT-G1系列高性能矢量变频器采用先进磁通控制技术,电机在低速时转矩大,速度精度高,功能齐全,具有瞬停电处理及速度跟踪再启动功能,确保系统实现连续运行机制,以保证电机运转在最高效率状态,因此,采用TOPTVERT-G1系列高性能矢量变频器代替主轴交流伺服系统,是机床行业最佳的选择。TOPTVERT-G1系列变频器具有以下特点
(1)采用先进的磁通控制算法,实现了真正的无速度传感器矢量控制,在控制性能上比传
统的V/F控制方式有很大的改善。
(2)起动转矩大,0.5Hz/150%(SVC),0Hz/180%(VC)
(3)载波频率范围0~20KHz;可根据温度和负载的特性自适应调整
(4)提供标准的0~10V/0~20ma 模拟量接口,能够与大多数数控系统接口兼容,通用性强
(5)过负载能力强,150%额定输出电流一分钟;
(6)提供多功能的输出端子信号,例如故障输出信号,运行中信号,速度到达等输出信号,能够很好的满足系统对于主轴速度状态的监控;
·调试结果
事实证明采用TOPTVERT-G1系列高性能矢量变频器完全能够满足机床主轴控制的要求。TOPTVERT-G1采用的领先的磁通算法,即使在低转速(低频)运行下也能平稳输出150%的转矩,以满足不同零件的加工需要,完全可以取代传统的滚动轴承主轴结构,并且此主轴结构简单、紧凑、可以实现真正的无级调速。此主轴的转速由外部模拟量信号来控制输出频率,在不同的加工工艺(如;粗加工、精加工等)需要不同的转速,此时可由数控系统输出不同的模拟量电压信号给变频器,实现不同的转速,同时启停信号也由数控系统控制,提高了自动化程度、延长了刀具的使用寿命。
·结束语
数控机床主轴一般交流伺服系统、进口品牌矢量控制变频器以及变频专用电机,购置费用很高;TOPTVERT-G1系列变频器以其独特的性能(启动电流小、调速平滑、调速范围大、节能环保、运行稳定、精度高、低频转矩大、保护功能齐全、可靠性高、操作维护简便等)和优越的性价比,在数控机床的应用上迅速崛起。

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