数控机床变频器应用方案

数控机床变频器应用方案

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，广州万纬电子科技有限公司用低压变频器的解决和实现方案。

关键词:汇川变频器；万纬科技；数控机床；主轴；驱动

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。广州万纬电子科技有限公司专注工控领域系统集成和系统改造项目。

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，选配汇川高性能矢量控制MD300系列，

数控机床的变频器要求：

1、数控车床高生产率、高削切精度、高稳定性、高柔性要求。

2、动态响应速度快，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。

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。

MD300变频控制系统优势

(1)主轴变频调速的范围很宽，MD300开环矢量变频器能在0-600Hz范围内实现无级调速，能充分满足主轴对调速范围的要求。

(2)数控机床配套使用变频器可以简化齿轮箱等原有复杂的机械传动机构，而且操作简单，维修方便。

(3)变频器在低频下可以提供150％负载转矩的能力，符合机床主轴电机具有较硬机械特性的要求，能够提供150％的过载保护(60s)，使机床在低速时具有强大过载能力。

(4)变频器具有的电压、电流模拟输入端口，数控机床的控制信号可以很好地与变频器配合使用。

(5)大大提高机床的加工精度和生产效率，对于产品质量的提高、产量的增加、成本的降低、自动化程度的提高和维修量的减少有着重要的作用。

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。

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ECOM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

MD300变频器制动电阻100Ω/520W 5.5KW调速电机CNC数控系统和性能指标：

（4）提供标准的0～10V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；

3调试参数：

F0-000：矢量控制

F0-011：端子命令通道

F0-023：AI1

F0-05加速时间：2.0～3.0s

F0-06减速时间：2.0～3.0s

F0-09DI1端子功能：1，正转

F0-10DI2端子功能：2，反转

F6-00最大频率：100.00Hz

F6-01上限频率：100.00Hz

F6-03载波频率：10.0kHz

F1组（电机参数），根据电机铭牌输入，进行完整调谐。F2矢量参数为出厂默认值