变频器在内、外圆磨床上的应用

变频器在内、外圆磨床上的应用
作者：何卫东
来源：《科技创新与生产力》 2014年第6期
何卫东
（中国北车集团永济新时速电机电器有限责任公司，山西永济 044502）
收稿日期：２０14－02－16；修回日期：２０14－05－19
作者简介：何卫东（1968-），男，山西永济人，工程师，主要从事数控设备研究，E-mail：138********@。

随着电子技术的发展，变频调速技术越来越普及，尤其在机械加工行业，变频器的应用收
到了很好的效果。

变频器的无级调速、软启动、恒转矩输出极大地满足了机械加工设备对恒速度、恒转矩的要求[1]。

磨床在加工过程中受负荷改变而产生旋转速度的变化，易出现震刀纹质量问题。

将变频调速技术应用于内、外圆磨床上，通过改变磨头电机的运行速度及频率，可以
避免直波纹的出现，提高加工精度和加工效率。

1 影响磨床加工质量的主要原因
外圆磨床加工过程，因加工工件的形状、尺寸、工件材质以及磨削量、磨削参数的变化，
加工负荷不断变化。

当加工工件内径小，磨削进给少，砂轮磨削力小，加工负荷就小。

当加工
大内径长套筒类工件时，工件旋转的电动机在低速段，砂轮进给量大，砂轮磨削力也在变大，
此时加工负荷就大。

因负荷的变化造成电动机很难在恒转矩、恒速度下运行。

同时，速度的变
化改变了主轴、磨头等振动频率及幅值[2]，加工后工件加工面出现了直波纹、粗糙度超差等质量问题，不能满足工件加工的质量要求。

2 磨床在运动中产生振动的原因分析
普通磨床由3个振动源组成：一是主轴电机，主要负责工件的旋转；二是磨头电机，通过
皮带传动带动磨削砂轮的高速旋转（含磨头轴承和砂轮动平衡的好坏）；三是油泵电机，负责
磨头的前后移动和工件的左右移动（有的设备将油泵电机系统改为单独的液压工作站，可以取
消此项震源）。

任何旋转和移动设备都不可避免地产生振动，见图1。

X轴代表转速，Y轴代表振动幅值。

变频器应用将改变交流电机供电的频率和幅值，从而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电
动机转速的目的。

如果将磨头电机加装匹配的变频器，通过改变频率，减小磨头电机振动曲线
2的幅值，从而降低曲线1、曲线2叠加后的振动幅值，减小磨削过程中产生的共振[3]，保证
加工工件的精度要求。

3 加装变频器在内、外圆磨床上的效果
公司二机车间有一台M1432A外圆磨床，担负着动车转轴磨削工序。

该设备使用近30年，
各方面性能老化，加工精度已很难满足工艺要求，设备在磨削工件时会产生直波纹，经过事业部、车间设备技术人员与设备维修人员对该设备进行研究分析，一致认为是砂轮线速度与工件
旋转线速度在频率上相互干涉，砂轮在加工转轴、轴套过程中产生共振而造成的，解决方案就
是改变砂轮主轴电机频率及转速，减小共振，从而消除转轴的直波纹。

车间设备员、电气技师
经过反复协商计算，转轴最佳磨削转速820 r/min，磨头砂轮的转速3 000 r/min，根据转速与频率成反比，确定外圆磨床磨头电机技术参数为功率4 kW、转速1 440 r/min、频率50 Hz与
极数4对比，认为此变频器可以应用。

最终确定变频器的额定功率15 kW，频率28.5~300 Hz，公司及时采购，经过车间安装、调试，最终解决了转轴磨削过程中出现直波纹的问题。

借鉴在外圆磨床增加变频器，解决直波纹质量问题的经验。

事业部对车间内圆磨床的磨头
电机选型、匹配合适的变频器。

参数为功率5.5 kW、转速2 900 r/min、频率50 Hz 、极数2。

安装运行后，成功解决了内圆磨床的直波纹质量问题。

4 结束语
经过加装变频器，极大地提高了磨床加工效率，由加装变频器前的每天每台设备磨8根转轴，增加为每天每台设备可磨16根转轴。

车间后续又对两台磨床加装变频器，都成功地解决了转轴磨削后的直波纹问题。

通过此次改进，不但提高了设备加工精度，解决了车间生产的瓶颈
工序。

同时，节约了能源[4]，延长了设备的使用寿命，还为公司节省新购磨床费用100万元以上。

参考文献：
[1] 王兆安,黄俊.电力电子技术[M].4版.北京:机械工业出版社,2002:8.
[2] 阎石.数字电子技术基础[M].4版.北京:高等教育出版社,1998:11.
[3] 丁红剑,苏梅.变频器调试要点[J].煤矿现代化,2006(2) 51-52.
[4] 刘丽丽,变频节能浅析[J].科协论坛,2011(4):31-32.
（责任编辑刘婷）。