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[资料] CHV100变频器在数控机床上的应用

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发表于 2011-7-13 23:52:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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引言' V# ~+ G# w! f8 F2 F3 o
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。' {" U3 x, L; q! F: w9 I# K
数控机床对应用技术的要求0 O& E# l% ?5 a& A
1、电机要求
' W0 ~% U. E# z5 B: `; _& u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。- p& F& f* F. Y$ B
2、变频器的技术要求( e1 C$ U* m3 ?+ K* `2 B% h
1)要求低频力矩大
( C# F& Y$ ^) y( c' S8 d5 f选用矢量变频器,低频时(1~10Hz)能出来150%额定转矩。
9 ]( q# V: m) W5 W2)转矩动态响应速度快,稳速精度高& v) A; K* R0 e2 R- `2 \2 L
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。0 O% {2 T( n- K$ \( ]
3)减速停车速度快: l4 S! M3 s, y8 k; b0 ]9 b
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。5 N' c9 F# z- w0 S; |; h3 D& R1 _
4)进行电机参数自学习
  E/ v, V7 n$ q# i% B4 v: c; K! N8 f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。; P- H5 p7 T, F4 ^7 a
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。' o5 V* N# n8 E: m7 ^
5)频率指令和运行指令8 e. J* c! B8 N- B: O
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。2 e+ Z; Z7 _: _" V8 C$ A( B
3、抗干扰问题1 ~% [2 i, g3 R# t; b5 m
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。& z" x) W5 f6 t, z, v3 R% l( Y
下面以CHV100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。
) C* C8 a8 [( U8 W; {* ~系统构成
6 J# W. B$ M: j7 a/ \; ~9 K变频器 CHV100-5R5-4SL 制动电阻100Ω/520W5.5KW调速电机 CNC数控系统
% q  E1 k1 i. b: V( l2 U. ~7 l 2006714164426.gif - P! }) ~( _3 R! Z8 n
电气系统图- L+ M7 C6 N4 }9 y
变频器及数控系统的参数& A5 D0 t; t$ R# B
主要的参数和性能指标:
, l  y# k8 f' i  x& }5.5kW数控车床,电动机参数:# ^7 _4 n( V' x
额定功率:5.5kW, 额定频率:50Hz,
3 g# X: n% M9 \: T1 w6 W8 p额定电压:380V, 额定电流:11A,: t* v! `( W$ {
额定转速:1440r/min 机械传动比:1:1.5
) J4 l0 J; ~  Z8 @% Q加工材料:45#钢- D; y. M) m  |! [
实际测试性能指标:(进刀性能及速度)7 ]9 I7 k% r, P, R
1、主轴转速:200r/min(变频器运行频率9~10Hz)( p, a) p; d9 B& f3 P0 X
2、主轴转速:450r/min(变频器运行频率22Hz左右)
+ F& @1 \; S6 L9 L  Q+ A 2006714164644.gif % R" W4 w3 T/ Z5 U4 y" ]% Q& z
变频器接线原理图
  u/ w' Y( G) e  R参数设定:
( u1 c& k) B+ G5 e1 Z$ hP0.01=1 端子控制9 {  @! d7 k2 L2 \+ E# s% ?
P0.03=1 AI1频率设定(信号来源于数控系统). p" d3 o* b0 G+ \
P0.07=150.00Hz (最大频率)
6 R  t7 e8 v7 |+ k* D1 U$ gP0.08=150.00Hz/ i- i2 B! ~/ i3 }
P0.11=8S(加速). H, A  y6 O. N% ^
P0.12=4S(减速)
% G" D2 W: ^( y" t. sP5.02=1(S1正转)
& n' Z2 w) ]4 P# F' P5 w6 {, mP5.02=2(S2反转)
( @- r/ f" Z+ y9 A+ d3 DP5.02=9(S3外部故障输入)( P7 e8 }) e$ I# T  {
P5.02=7(S4故障复位)
4 Q9 D% d$ k4 S4 L5 s! a# ?- AP5.19= (0.50S AI1滤波时间)
8 g! W; Q) g/ E. CP6.01=7(Y1输出 频率达到)6 {" h) i% w6 `3 x
P6.04=3 (RO1输出 故障输出)  _! e; k9 P6 g+ p8 g
P6.05=19 (RO2输出 变频器运行中)
& C) W* G5 U" o- w9 \  B- VPd.01=4 (S3输入取反)6 W$ I' O! h) [# P
电机参数设定:
- o, c$ t2 u! X8 `* Q( a! A1 RP2.01=50.00Hz
9 c8 a1 x5 V  R! r* P" AP2.02=1440RPM5 S$ b0 o* B2 z! ^2 g+ s& V9 v1 r# s) k
P2.03=380V
9 I1 R- b! H0 Q% B: r4 fP2.04=11.0A5 M) E9 Y) }1 E, s& d, m8 w. F( Z( p4 g2 J
P2.05=5.5Kw. c1 A) T, u- g, e1 @
P2.06=0.875* m, {; U& b: B  [7 w. m
P2.07=0.875
) @* S5 Q& ^  {9 i' a# n. ^3 UP2.08=118.45
7 w  p. {8 @. p  k, OP2.09=114.21
: [2 V6 C# X' c3 zP2.10=6.03
& C* j3 u; |  I9 jCHV100系列变频器的特点
2 u" B& m2 X) u, OCHV100系列高性能矢量变频器采用先进磁通控制技术,电机在低速时转矩大,速度精度高,价格合理,功能齐全,具有瞬停电处理及速度跟踪再启动功能,确保系统实现连续运行机制,以保证电机运转在最高效率状态,因此,采用CHV100系列高性能矢量变频器代替主轴交流伺服系统,是机床行业最佳的选择。
8 ~* r* R' D- lCHV100系列变频器具有以下特点
3 b% _# A/ v3 @4 u8 z(1)采用先进的磁通控制算法,实现了真正的无速度传感器矢量控制,在控制性能上比传/ E& [2 ]8 D% Q7 p& e
统的V/F控制方式有很大的改善。
; v2 ^2 v' P( e(2)起动转矩大,0.5Hz/150%(SVC),0Hz/180%(VC)3 n4 U8 J; ^( R0 g$ `
(3)载波频率范围0~16KHz;可根据温度和负载的特性自适应调整4 D" ^( J  J! }
(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 c1 N. A9 V! n* ]7 M(5)过负载能力强,150%额定输出电流一分钟;
2 p0 E7 ?5 Q6 l) s/ V2 G(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;
6 s) Q! S" T* u. X4 D- {调试结果
* U% \6 b$ ?2 t+ y事实证明采用CHV100系列高性能矢量变频器完全能够满足机床主轴控制的要求。CHV100采用的领先的磁通算法,即使在低转速(低频)运行下也能平稳输出150%的转矩,以满足不同零件的加工需要,完全可以取代传统的滚动轴承主轴结构,并且此主轴结构简单、紧凑、可以实现真正的无级调速。此主轴的转速由外部模拟量信号来控制输出频率,在不同的加工工艺(如;粗加工、精加工等)需要不同的转速,此时可由数控系统输出不同的模拟量电压信号给变频器,实现不同的转速,同时启停信号也由数控系统控制,提高了自动化程度、延长了刀具的使用寿命。' ~* ^- q  n  P0 }
结束语+ p% e3 L6 t( L( @  m
数控机床主轴一般交流伺服系统、进口品牌矢量控制变频器以及变频专用电机,购置费用很高;CHV100系列变频器以其独特的性能(启动电流小、调速平滑、调速范围大、节能环保、运行稳定、精度高、低频转矩大、保护功能齐全、可靠性高、操作维护简便等)和优越的性价比,在数控机床的应用上迅速崛起。
: \4 {& g1 G9 B5 P文章关键词: 数控机床
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