臺(tái)達(dá)變頻器在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用

一、簡(jiǎn)介

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)大多采用無級(jí)變速。目前，無級(jí)變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機(jī)。通過帶傳動(dòng)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，或通過帶傳動(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，又可無級(jí)調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。目前對(duì)客戶來說由于變頻器的高性價(jià)比，所以變頻器在車床上使用非常普遍。臺(tái)達(dá)M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，成為目前市場(chǎng)上一支強(qiáng)大的生力軍。

二、變頻器特點(diǎn)的介紹

1．體積小，屬于迷你型產(chǎn)品，占用控制柜空間較小；

2．控制方式為正弦波SPWM（提供無速度反饋矢量控制），控制性能較以前的VF控制方式有很大性能上的改善，特別是在低速轉(zhuǎn)矩上滿足機(jī)床主軸的需求，5HZ時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩能夠達(dá)到150%以上；

3．載波頻率范圍0-15KHz，減小電機(jī)的電磁噪音；

4．提供標(biāo)準(zhǔn)的0-10V模擬量接口（輸入阻抗47Kohm，輸出阻抗250Kohm），能夠與大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)接口兼容，通用性強(qiáng)；

5．過負(fù)載能力強(qiáng)，150%以上額定輸出電流超過一分鐘；

6．提供多功能的輸出端子信號(hào)，例如零速信號(hào)，運(yùn)轉(zhuǎn)中信號(hào)，速度到達(dá)信號(hào)，故障指示，滿足系統(tǒng)對(duì)于主軸速度狀態(tài)的監(jiān)控；

7．自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，滿足機(jī)床主軸在低速情況下的加工需求；

8．提供三組異常紀(jì)錄，供維修人員從側(cè)面了解機(jī)床主軸實(shí)際的運(yùn)行狀況；

9．電機(jī)參數(shù)自動(dòng)整定功能，在線識(shí)別電機(jī)參數(shù)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性。

三、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VFD037M43，制動(dòng)電阻400W/150ohm。

變頻器AVI/GND端子提供與數(shù)控系統(tǒng)速度模擬量，AVI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。M0/M1/GND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)FWD或者反轉(zhuǎn)REV，來驅(qū)動(dòng)中間繼電器，中間繼電器的常開接點(diǎn)接入變頻器M0/GND或者M(jìn)1/GND，從而控制變頻器的正反轉(zhuǎn)。

在參數(shù)調(diào)整過程中，需要注意：

1．P00參數(shù)為選擇主頻率輸入設(shè)定來源，設(shè)置為模擬信號(hào)0-10V輸入（1）；

2．P01參數(shù)為運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)來源設(shè)定，設(shè)置為外部端子信號(hào)控制（2）；

3．P03最高操作頻率選擇，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0-3500rpm范圍內(nèi)調(diào)速，將機(jī)械減速比這算進(jìn)去以后，此參數(shù)需要設(shè)置為184HZ；

4．P04和P05按照電機(jī)銘牌設(shè)置，P04=50Hz，P05=380V；

5．P10和P11為加速時(shí)間和減速時(shí)間，根據(jù)客戶的要求，P10=5S，P11=5S；

6．P105為控制方式的選擇，需要選擇矢量控制，P105=1；

特別需要注意，由于矢量控制需要提供電機(jī)參數(shù)（阻抗），變頻器提供電機(jī)參數(shù)自整定功能P103，選擇P103=2，通過面板運(yùn)行鍵，變頻器會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。自動(dòng)運(yùn)行過程中，除了計(jì)算出電機(jī)參數(shù)以外，還能夠檢測(cè)出空載電流，這幾個(gè)參數(shù)對(duì)于矢量控制能夠表現(xiàn)出較高的性能非常重要，這個(gè)過程會(huì)持續(xù)十幾秒鐘時(shí)間。在執(zhí)行自整定功能前，一定要確認(rèn)電機(jī)側(cè)是否沒有任何連接，包括減速皮帶。

四、調(diào)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果如下：

表1 空載電流測(cè)試結(jié)果

表2 負(fù)載電流測(cè)試結(jié)果

從上表可以看出在恒轉(zhuǎn)矩輸出的頻率段（0-50Hz），矢量控制的空載電流幾乎只有VF控制的一半，負(fù)載時(shí)電流也比VF小一些；而且負(fù)載切削時(shí)，VF控制在初期有很明顯的速度下降，而且空載速度和負(fù)載速度有比較大的差值。而相對(duì)于矢量控制，主軸轉(zhuǎn)速初期雖然也會(huì)有下降，但是下降值較小，并且速度會(huì)很快回升，最終空載速度和負(fù)載速度相差不是很明顯。經(jīng)過上面的調(diào)試，相比較原來的VF控制，性能有了很大的改善，無論從空載電流，低速力矩，還是速度的變化，效果都是非常明顯的，完全能夠滿足數(shù)控機(jī)床的需求。