国产变频器在数控车床上的应用

　　【中国机床商务网 应用案例】数控车床在加工一些工件时，特别是低速粗加工的重切削情况下，要求能在低速运行下输出较大的力矩，对变频器的要求就是低频力矩大。下面介绍一下变频器在数控车床上的应用。
　　
　　一、概述:
　　
　　数控车床又称CNC车床，是一种高精度、率的自动化机床。配备多工位刀塔或动力刀塔，具有广泛的加工工艺性能；可按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工，能加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件，是目前国内使用量zui大，覆盖面zui广的一种机床。
　　
　　现代机床多采用多电机拖动，主轴和各进给系统分别由各自电机拖动。由于机床可加工不同产品，材质、刀具、工序、工位各个不同，要求机床的执行部件有不同的运动速度和作用力，因此，机床的主运动应能进行调速。
　　
　　传统的数控车床主轴调速，一般采用电机带动减速箱来传动和调速，即所谓机械调速，这种传动方式有以下三种特点：
　　
　　1、负载具有恒功率特性，由于齿轮箱的转矩跟速度成反比变化，所以，在齿轮箱变速时，如果不计齿轮箱的摩擦等因素造成的功率损耗，减速箱处于恒功率状态。
　　
　　2、主轴速度变化一般是有级调速。齿轮箱的齿轮齿数固定，通过机械变换，只能产生有限几种速度，这些速度是跳跃、非连续的。
　　
　　3、低速时过载能力强。传动系统在工作时的速度高于低速，由于齿轮箱的转矩跟速度成反比，造成低速时转矩远大于工作转矩，给传动系统带来很强的低速过载能力。
　　
　　一般的机械传动基本结构如上图，这种传动的局限性很明显：
　　
　　机械传动一般情况下不够平稳，制造精度不高时，振动和噪声较大；实现无级变速的机构较复杂，成本高。从上图也可看到，传动链较长，机构复杂、维修不方便。
　　
　　随着电气传动技术，如变频调速技术的迅速发展和日趋完善，高速数控机床的主传动系统的机械结构得到极大的简化，基本上取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。变频器通过调整频率和电压，简单地实现机床主轴无级调速，还可实现远距离操作，很容易实现自动控制。
　　
　　二、数控车床对变频器的要求:
　　
　　数控车床在加工一些工件时，特别是低速粗加工的重切削情况下，要求能在低速运行下输出较大的力矩，对变频器的要求就是低频力矩大。
　　
　　机床加工工件，大多数要求选择的加工速度，在此速度下加工时，才能发挥机床和刀具的zui大效益。一方面，随着工件的大小、材料性质、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，机床的快速进刀、快速退刀和对刀调整等辅助工作的调整也需要不同的运动速度，因此就必须保证机床能在不同的速度下工作，以适应不同的加工工艺，这就要求变频器有较宽的调速范围。一般较低的要求为：1：100，高的要求为1：1000或以上。速度精度的要求一般要求静差度小于5%，更高的要求为1%以下，如果速降过大，则加工的质量就会受到影响，如光洁度就不好。
　　
　　保证机床运动平稳的前提下，实现以过渡过程时间zui短为目标的*加减速控制规律能使机床更好地满足高精度加工要求，特别是在高速加工中，加减速功能显得尤为重要。数控系统加减速控制功能是指数控系统有程序预读功能——能“预测”加工方向的未来变化并调整运动速度使之符合编程表面要求；在被加工表面形状（曲率）发生变化时及时采取改变进给速度等措施以避免过切；当刀具切入工件时，数控系统可以根据需要自动降低进给速率，因此，数控系统加减速控制功能可使工程师在编程进给速率时只需用zui高加工速度，数控系统能自动根据工件轮廓调整实际速度，可大大节省加工时间。在cnc装置中，为了保证机床在起动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡，必须对进给电机的频率或电压进行加减速控制，即在机床加速起动时保证加在电机上的频率或电压逐渐增加，而当机床减速停止时保证加在电机上的频率或电压逐渐减小。这些应用要求变频器的加减速快，以应对速度的迅速变化。
　　
　　综上撰述，数控机床对变频器要求：
　　
　　1、调速范围宽，低频力矩大；
　　
　　2、速度控制精度高；
　　
　　3、加减速快，刹车效果好；
　　
　　4、适应金属加工金属粉尘多、油雾大的环境。
　　
　　三.某品牌变频器机床系列在数控车床上的应用
　　
　　某品牌变频器用于驱动机床主轴，主轴转速一般工作在0~6000RPM，根据工艺要求实时改变转速。
　　
　　HD700变频器接线图
　　　　四、某品牌变频器应用特点
　　
　　1、机床型变频器，机床常用参数默认，只需要改变zui大转速对应的zui大运行频率便可以使用，调试简单；
　　
　　2、模拟量处理方法，速度稳定，误差小；
　　
　　3、变频器采用矢量控制方式，在低频启动时，有较大转矩，启动转矩在0.5Hz时，为100%，在1Hz时，为150%额定转矩，保证全程切削能力强。调速范围为0~2000Hz，按不同机型，从1:100（开环矢量）到1:1000（闭环矢量）。在稳态运行时，转速精度为1%n0。
　　
　　4、双CPU控制，动态性能好；加减速快，提高生产效率；
　　
　　5、*的防护设计，电路板喷上三防漆，保护电路板不受普通油气的影响，更好适应金属加工环境。