變頻器在數控機床中的應用

摘要 目前，變頻器廣泛應用于各種行業的交流電機的啟動調速中，在數控機床中的應用越來越普遍和實用，本文結合實際應用談談變頻器在該行業的應用情況。

關鍵詞 變頻器 數控機床 主軸傳動

中圖分類號：TM921.51 文獻標識碼：A

1 數控機床的主軸傳動使用變頻控制前后的特點

數控機床的主運動是主軸通過卡盤或頂尖帶動工件的旋轉運動，是電動機帶動齒輪箱來傳動和調速的。在機械加工過程中，需要經常對主軸的旋轉有不同的運行速度要求，操作人員通過手柄組合的多個位置來控制離合器的分與合，得到齒輪的多種組合，從而得到多檔的轉速，操作不方便，維修量也比較大，實踐證明，調速用的電磁離合器損壞率較高。原有機床的主軸傳動的這一特點已經不能適應經濟的快速發展對數控機床的需求，目前，數控機床配套使用變頻器對主軸進行調速控制越來越普遍和實用，相比原有的控制方式，有以下一些優良特點：

（1）主軸變頻調速的范圍很寬，一般通用型變頻器能在0～400Hz范圍內實現無級調速，能充分滿足主軸對調速范圍的要求。

（2）數控機床配套使用變頻器可以簡化齒輪箱等原有復雜的機械傳動機構，而且操作簡單，維修方便。

（3）變頻器在低頻下可以提供150%負載轉矩的能力，符合機床主軸電機具有較硬機械特性的要求，能夠提供150%的過載保護（60s），使機床在低速時具有強大過載能力。

（4）變頻器具有的電壓、電流模擬輸入端口，數控機床的控制信號可以很好地與變頻器配合使用。

2 變頻器在數控機床的主軸傳動控制中的具體應用情況

數控機床擬采用富士變頻器（型號：FRN2.2G11S-4CX）帶動主軸調速運行，圖1是變頻器主電路控制圖，在該控制系統中，電動機的正反向運行和故障復位由外圍通過變頻器的FWD、REV和X8與CM端子實現控制；主軸電動機的轉速由數控系統輸出的電壓信號的大小來控制，數控系統輸出的DC0～10V信號通過變頻器的12-11端子送入變頻器，實現數字量設定轉速對模擬量變頻輸出的控制，從而實現對主軸電動機的調速；通過變頻器的30A、30B和30C觸點來實現各種保護。另外，該主電路還增加了旁路控制，增加了主軸電動機的控制功能，也兼有備用的功能。圖2是變頻器控制系統控制線路圖。

根據數控系統和機床設計的要求，合適設置參數能夠保證主軸電機的正常運行，各參數的設置參見表1。

參數設置時要注意：（1）變頻器參數設定之前按《FRENIC 5000G11S/P11S操作說明書》第5-31頁的P04 M1自整定1設定為2的自整定步驟進行電機參數自整定，自整定之前注意安全幾脫開電機負載。（2）轉速提升過高可以調節參數F17（頻率設定信號增益），增大設定值則轉速成比例提高，減小設定值則轉速成比例降低，調節F18（頻率偏置），增大設定值則轉速成絕對值提高，減小設定值則轉速成絕對值降低。以上設置的參數，用戶可以根據現場的實際需要作微量調整。

數控機床配套使用變頻器后各方面的性能都有明顯提升，機床的主軸電動機可在0～400Hz范圍內調節，當然大部分機床的主軸電動機都在3000r/min以下工作，一般的加工速度使用在100～3000r/min內連續可調；操作人員可以根據實際加工需要在0.1～30s內調節機床的主軸電動機加減速時間；主軸電動機的過載能力可在100%～180%調節，滿足主軸電動機過載能力強的特點；變頻器本身保護功能完善，可以提供各種電氣保護，并有故障指示，使用變頻器時也可能出現電源電壓低引起變頻器保護動作的問題，客戶使用時必須保證變頻器電源電壓的正常；使用了變頻器后自動化程度高，工人操作簡單，維修方便。

3 結論

在數控車床主軸驅動系統中，采用變頻調速技術調節主軸的轉速，對提高機床的加工精度和生產效率都十分重要，對于產品質量的提高、產量的增加、成本的降低、自動化程度的提高和維修量的減少有著重要的作用，正被廣泛應用于生產中。

參考文獻

[1] 《FRENIC 5000G11S/P11S》操作說明書.富士電機公司.2006.

[2] 虹潤儀表使用手冊.虹潤精密儀器有限公司.2004.

[3] 岳慶來.變頻器、可編程序控制器及觸摸屏綜合運用技術[M].機械工業出版社，2006.