变频器在机床上的应用

题目：变频器在机床中的应用学生：陈孝敏

学院：安徽水利水电职业技术学院班级：0918309

专业：机电设备维修与管理

指导老师：蒋瑾瑾

摘要：

机床是工作母机的总称，包括车床,铣床,模床,冲床,刨床等,由于加工材质的不同,需要不同的转速,因此采用变频调速的机会很多,主轴传动结构一般采用交流电机和伺服电机，通过带传动把运动传给主轴，从而使主轴达到一定的转速，来完成切削加工。现在经济型数控机床中，一般使用变频器做为驱动部件。本文针对数控机床和普通机床改造中对主轴传动变频调速系统的应用需求，提出了采用罗克韦尔自动化的PowerFlex4型通用低压变频器的解决和实现方案。

关键词: 罗克韦尔自动化；低压变频器；数控机床；主轴；驱动

Abstract:

Machine is the general term for machine tools, including lathes, milling machines, mold bed, presses, planer, etc., due to processing of different materials require different speeds, so many opportunities for use of frequency control, spindle structure commonly used AC motor drive and servo motor , the motion passed through the belt drive shaft, so that the spindle reaches a certain speed, to complete the cutting. Now that the economy CNC machine tools in general use the drive as the drive components. In this paper, general machine tools CNC machine tools and drive the transformation of the spindle frequency

control system application requirements, the paper introduces Rockwell Automation's general-purpose low-voltage inverter PowerFlex4 solutions and implementations.

Key words: Rockwell Automation; low frequency; NC machine tool; spindle; drive

引言：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。

在机械制造业中，用普通机床加工复杂的零部件或具有较高精确度的批量产品时，需要熟练的技术工人手工操作来完成，这种效率低下的传统加工方式已无法满足现代制造业的需求。随着计算机技术的飞速发展，先进的加工中心和数控机床应运而生，逐渐成为主流的工具机

床。广州三晶电气有限公司生产的S350系列高性能矢量型变频器以其独特的性能和优越的性价比，在加工中心和数控机床上的应用迅速崛起，现以数控系统为例，对三晶变频器的配置、系统联接、机械性能等实际应用研究介绍如下：

数控机床的变频器配置：

在机床的调速系统中，传统复杂的齿轮箱式分级调速方式，在数控机床中得到极大的改进，采用更为先进的变频无级调速方式。对于1.5kW 三相交流电动机，选配三晶高性能矢量控制S350系列，S350变频控制系统优势

1、完全满足数控车床高生产率、高削切精度、高稳定性、高柔性要求。

2、S350采用矢量控制模式，动态响应效果非常好，使电机主轴能高速稳定运行。

3、满足复杂、不规则形状零件的高深度和高强度削切要求，在0.5HZ~1HZ低频状况下，可以稳定保持150%的转矩输出。

4、加减速时间0.1秒，实现无衔接式正反转运行。

5、抗干扰性强，通过严格CNC综合测试，不会对系统造成任何干扰。

6、稳速精度高，低速时速度变化率小，运行平滑。

数控机床的变频器联接图

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（1～10Hz）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）进行电机参数自学习

选用矢量变频器后，要达到很好的控制性能通常都需要对电机进行参数自学习，其目的是获取准确的电机内部参数，以用于矢量控制计算。参数自学习所需要的电机铭牌参数有：电机额定功率、电机额定频率、电机额定转速、电机额定电压、电机额定电流。有的变频电机的铭牌上可能没标额定转速值，可以根据经验值估计一下额定转速。在进行参数自学习时，务必要在空载（电机轴上不接负载）的时候进行。只有在空载的时候才能保证自学习出来的电机参数的准确性。

如果现场条件没办法进行空载运行，可以考虑用变频器出厂的电机参数试运行。

5）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。