变频器在经济型数控机床上的应用

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1、引言
近年来，随着经济的快速发展，机床工业也有了飞跃的发展：体现在新技术的广泛应用和企业效益的明显改善。目前机床行业的消费主流是数控机床。从国内外市场对数控机床的需求来看，以后数控机床市场具有以下特征：一是经济型数控机床是以后的主流产品；二是采用新技术，降低成本，提高产品稳定性是企业生存的关键。下面我们以机床拖动方面采用变频调速来说说变频器在该行业的应用情况。
2、原机床的主轴传动特点
一般情况下机床的拖动系统是由电机带动齿轮箱来传动和调速的。它具有以下特点。
- R5 W  G& _" Q2 k% ^7 J2.1 原系统概况
1 L* i: e/ G! y8 B# J这种负载为恒功率性质。齿轮箱变速时，转矩的变化与转速的变化成反比。若不计齿轮箱的损耗，则在全功率范围内，都具有恒功率的特点。
; |* _, Q+ q. H- Z8 {+ N: t" J(1) 转速档次
调速箱有8档转速：75、120、200、300、800、1200、1500，2000r/min。
7 ~8 U# A) y2 O9 n( m* p(2) 电动机的主要额定参数
" l7 p1 l2 J, ^) z- J$ T! ]  U# N额定容量：3.7kW
额定转速：1440r/min
3 N) p/ M5 Z. `- e' u. }4 c! Q& z4 x负载特性：恒功率
(3) 控制方式
由手柄组合的8个位置来控制四个离合器的分与合，得到齿轮的8种组合，从而得到8档转速。
" F$ e5 k- u( {: H* A) ]! f7 {- D0 f2.2 原系统特点
& N1 G! p) a& u5 a3 S低速时的过载能力强。低速时，拖动系统经齿轮箱降速后的额定转矩将远大于负载的最大工作转矩，有很强的过载能力。
3、应用变频器调速时的基本考虑
. E- N9 O- s  {$ [(1) 变频调速的调节范围很广，一般通用型变频器都可以实现0~400Hz范围内无级调速；
; m+ }& g" Q5 W7 x' f! O(2) 考虑到机床要求具有较硬的机械特性。符合变频器+普通电机(或变频电机)传动具有机械特性硬的特点。一般在低频下都可以提供150%负载转矩的能力；
(3) 考虑到机床需要在低速时具有强大过载能力。变频器可以提供150%的过载保护(60s)，能够满足设备的要求；
(4) 使用变频调速后，可以简化齿轮变速箱等原有复杂的机械拖动机构，自动化程度高，操作简单，维修方便；
  u! f& }: R8 G- s3 C8 R" \, J(5) 变频器具有电压(DC0-5V，DC0-10V)，电流模拟输入接口，可以与数控系统的控制信号很好的匹配。
/ e9 g- Q- i" L& o! }5 t' ~. v4、惠丰变频器在该行业的具体应用情况
浙江坎门机床厂主要生产各类经济型简易数控机床，由于调速用的电磁离合器损坏率较高，了解到变频调速系统具有以上优点，故改用惠丰变频器实现变频调速。具体情况如下。
* C$ R3 d- F3 ^0 C4.1 改造后系统构成
改造后系统构成如附图所示。
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附图 改造后系统构成
. n; p8 M- h# H$ @6 F# n4 [6 K4 n4 m(1) 在该系统中，变频器采用外部端子控制，数控系统发出的DC 0-10V信号通过变频器的AN1—GND 端子送入变频器，实现数字量设定转速对模拟量变频器输出的控制。电机转速的高低由数控系统输出的电压信号的大小来控制；
(2) 电机的正反向运行由外围通过变频器的OP6，OP7与CM端子实现控制；
(3) 各种保护信号通过变频器的TC TA常开触点来控制，可以实现过流，过压，过载，过热，负压，缺相等保护。
4.2 相关参数的设置
& w9 G( T+ [1 ^, k! ?根据数控系统和机床设计的要求，参数的合适设置能够提高原有产品性能，参数的设置如附表所示。
附表 参数的设置
& t3 J5 U$ `, C5 G  }, i7 ~- c' c
. |+ [8 O% E+ g! Q3 c(1) F111，F808 用来调整电机的最高转速；
(2) F114，F115用来调整电机达到最高转速需要的时间；
; }& e" D7 o2 z$ i* P0 T5 P(3) F513，F502用来调整电机在低速时输出力矩的大小，针对以上的参数设置，最终用户可以根据现场的实际需要作微量调整。
4.3 改造后与原来的性能对比
# [' p, m) @( m# ~( M, h$ c机床调速范围：0~400Hz可调(大部分机床都在 3000r/min以下工作)
4 X: L7 Q3 W( G% R; {2 }; f0 }加减速时间： 0.1~30s可调；
加工速度：100~3000r/min连续可控；
4 Z4 M& c( A% R- X保护功能： 完善，并有故障显示；
$ h+ e6 Q4 B; D1 X, K过载能力：100%~180%可调。
/ L  d! u# x7 c7 Z) {4 g' ~$ e4.4 客户的实际使用效果
% l7 f+ P7 \) V! {5 x$ Z4 t( H在实际加工转速下，经反复试验，完全符合设计要求，取得了令人满意的结果。现该产品2000年已批量生产，投放市场。
) S9 ~$ K- k2 V4.5 可能出现的问题—电压低引起变频器保护
% j% V$ K7 k/ G+ g2 @) E2003年3月份一批机床发到宁波(客户用来生产气动工具零部件)，3个月后客户打来电话说有10台变频器有故障保护(且只是白天跳保护)。公司派技术人员到现场查找故障原因，发现工作现场电压很低—输入电压仅仅AC310V(白天工作电压低)，客户因对变频器保护原理不了解，只是认为机床有问题，客户要求更换变频器。针对此情况，技术人员向对方详细介绍了故障保护的原因，并协助客户购买了稳压设备，安装后没有任何问题—问题得到完美解决。再次验证了变频器完善的保护功能，同时也提醒了厂家对客户销售时应该注意说明的问题。
) l; y5 T. E! [, w+ }) L/ d5、结束语
坎门机床厂配套使用惠丰变频器多年来，产品质量一直很稳定，规模越来越大，企业效益越来越好。这再次证明了简易数控机床配套使用变频器的可行性和实用性，相信广大数控厂家会越来越多的认识到此问题—采用变频传动可靠性高，操作方便，投资少，见效快，性价比高。
文章关键词： 变频器