變頻器在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用

摘要：本文介紹了惠豐變頻器在改造經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用情況、改造方案和應(yīng)用效果等。
關(guān)鍵詞：機(jī)床 數(shù)控系統(tǒng) 變頻器
1 引言
近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)床工業(yè)也有了飛躍的發(fā)展：體現(xiàn)在新技術(shù)的廣泛應(yīng)用和企業(yè)效益的明顯改善。目前機(jī)床行業(yè)的消費(fèi)主流是數(shù)控機(jī)床。從國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的需求來看，以后數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)具有以下特征：一是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是以后的主流產(chǎn)品；二是采用新技術(shù)，降低成本，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性是企業(yè)生存的關(guān)鍵。下面我們以機(jī)床拖動(dòng)方面采用變頻調(diào)速來說說變頻器在該行業(yè)的應(yīng)用情況。
2 原機(jī)床的主軸傳動(dòng)特點(diǎn)
一般情況下機(jī)床的拖動(dòng)系統(tǒng)是由電機(jī)帶動(dòng)齒輪箱來傳動(dòng)和調(diào)速的。它具有以下特點(diǎn)。
2.1 原系統(tǒng)概況
這種負(fù)載為恒功率性質(zhì)。齒輪箱變速時(shí)，轉(zhuǎn)矩的變化與轉(zhuǎn)速的變化成反比。若不計(jì)齒輪箱的損耗，則在全功率范圍內(nèi)，都具有恒功率的特點(diǎn)。
(1) 轉(zhuǎn)速檔次
調(diào)速箱有8檔轉(zhuǎn)速：75、120、200、300、800、1200、1500，2000r/min。
(2) 電動(dòng)機(jī)的主要額定參數(shù)
額定容量：3.7kW
　　額定轉(zhuǎn)速：1440r/min
　　負(fù)載特性：恒功率
(3) 控制方式
由手柄組合的8個(gè)位置來控制四個(gè)離合器的分與合，得到齒輪的8種組合，從而得到8檔轉(zhuǎn)速。
2.2 原系統(tǒng)特點(diǎn)
低速時(shí)的過載能力強(qiáng)。低速時(shí)，拖動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)齒輪箱降速后的額定轉(zhuǎn)矩將遠(yuǎn)大于負(fù)載的最大工作轉(zhuǎn)矩，有很強(qiáng)的過載能力。
3 應(yīng)用變頻器調(diào)速時(shí)的基本考慮
(1) 變頻調(diào)速的調(diào)節(jié)范圍很廣，一般通用型變頻器都可以實(shí)現(xiàn)0~400Hz范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)速；
　　(2) 考慮到機(jī)床要求具有較硬的機(jī)械特性。符合變頻器+普通電機(jī)(或變頻電機(jī))傳動(dòng)具有機(jī)械特性硬的特點(diǎn)。一般在低頻下都可以提供150%負(fù)載轉(zhuǎn)矩的能力；
　　(3) 考慮到機(jī)床需要在低速時(shí)具有強(qiáng)大過載能力。變頻器可以提供150%的過載保護(hù)(60s)，能夠滿足設(shè)備的要求；
　　(4) 使用變頻調(diào)速后，可以簡(jiǎn)化齒輪變速箱等原有復(fù)雜的機(jī)械拖動(dòng)機(jī)構(gòu)，自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單，維修方便；
　　(5) 變頻器具有電壓(DC0-5V，DC0-10V)，電流模擬輸入接口，可以與數(shù)控系統(tǒng)的控制信號(hào)很好的匹配。
4 惠豐變頻器在該行業(yè)的具體應(yīng)用情況
浙江坎門機(jī)床廠主要生產(chǎn)各類經(jīng)濟(jì)型簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床，由于調(diào)速用的電磁離合器損壞率較高，了解到變頻調(diào)速系統(tǒng)具有以上優(yōu)點(diǎn)，故改用惠豐變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。具體情況如下。
4.1 改造后系統(tǒng)構(gòu)成
改造后系統(tǒng)構(gòu)成如附圖所示

附圖 改造后系統(tǒng)構(gòu)成
(1) 在該系統(tǒng)中，變頻器采用外部端子控制，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的DC 0-10V信號(hào)通過變頻器的AN1—GND 端子送入變頻器，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量設(shè)定轉(zhuǎn)速對(duì)模擬量變頻器輸出的控制。電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低由數(shù)控系統(tǒng)輸出的電壓信號(hào)的大小來控制；
　　(2) 電機(jī)的正反向運(yùn)行由外圍通過變頻器的OP6，OP7與CM端子實(shí)現(xiàn)控制；
　　(3) 各種保護(hù)信號(hào)通過變頻器的TC TA常開觸點(diǎn)來控制，可以實(shí)現(xiàn)過流，過壓，過載，過熱，負(fù)壓，缺相等保護(hù)。
4.2 相關(guān)參數(shù)的設(shè)置
根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床設(shè)計(jì)的要求，參數(shù)的合適設(shè)置能夠提高原有產(chǎn)品性能，參數(shù)的設(shè)置如附表所示

(1) F111，F(xiàn)808 用來調(diào)整電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速；
　　(2) F114，F(xiàn)115用來調(diào)整電機(jī)達(dá)到最高轉(zhuǎn)速需要的時(shí)間；
　　(3) F513，F(xiàn)502用來調(diào)整電機(jī)在低速時(shí)輸出力矩的大小，針對(duì)以上的參數(shù)設(shè)置，最終用戶可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要作微量調(diào)整。
4.3 改造后與原來的性能對(duì)比
機(jī)床調(diào)速范圍：0~400Hz可調(diào)(大部分機(jī)床都在 3000r/min以下工作)
　　加減速時(shí)間： 0.1~30s可調(diào)；
　　加工速度：100~3000r/min連續(xù)可控；
　　保護(hù)功能： 完善，并有故障顯示；
　　過載能力：100%~180%可調(diào)。
4.4 客戶的實(shí)際使用效果
在實(shí)際加工轉(zhuǎn)速下，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，完全符合設(shè)計(jì)要求，取得了令人滿意的結(jié)果。現(xiàn)該產(chǎn)品2000年已批量生產(chǎn)，投放市場(chǎng)。
4.5 可能出現(xiàn)的問題—電壓低引起變頻器保護(hù)
2003年3月份一批機(jī)床發(fā)到寧波(客戶用來生產(chǎn)氣動(dòng)工具零部件)，3個(gè)月后客戶打來電話說有10臺(tái)變頻器有故障保護(hù)(且只是白天跳保護(hù))。公司派技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)查找故障原因，發(fā)現(xiàn)工作現(xiàn)場(chǎng)電壓很低—輸入電壓僅僅AC310V(白天工作電壓低)，客戶因?qū)ψ冾l器保護(hù)原理不了解，只是認(rèn)為機(jī)床有問題，客戶要求更換變頻器。針對(duì)此情況，技術(shù)人員向?qū)Ψ皆敿?xì)介紹了故障保護(hù)的原因，并協(xié)助客戶購買了穩(wěn)壓設(shè)備，安裝后沒有任何問題—問題得到完美解決。再次驗(yàn)證了變頻器完善的保護(hù)功能，同時(shí)也提醒了廠家對(duì)客戶銷售時(shí)應(yīng)該注意說明的問題。
5 結(jié)束語
坎門機(jī)床廠配套使用惠豐變頻器多年來，產(chǎn)品質(zhì)量一直很穩(wěn)定，規(guī)模越來越大，企業(yè)效益越來越好。這再次證明了簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床配套使用變頻器的可行性和實(shí)用性，相信廣大數(shù)控廠家會(huì)越來越多的認(rèn)識(shí)到此問題—采用變頻傳動(dòng)可靠性高，操作方便，投資少，見效快，性價(jià)比高。