變頻器在數控車床上的應用

分類：解決方案日期：2007-08-27 00:00:00

摘要：本文詳細論述了科姆龍KV2000無速度傳感器矢量變頻器獨特的性能和優越的性價比，在數控機床的應用上迅速崛起，成為目前市場上一支強大的生力軍，為機床行業的客戶降低約一倍以上的成本費用，而且信賴度高,為客戶創造更多的效益。
關鍵詞：數控機床低頻轉矩無速度傳感器矢量變頻器
Abstract: The KEMRON KV2000 sensorless vector inverter, depending on its exceptional performance and prior function price ratio, are more and more used in numerical machine tool and becomes an active group in the market. It saves the doubled cost for customers of machine tool and has high reliability to create more profit for customers.
Key words: numerical machine tool Sensorless vector inverter low frequency torque
1. 引言
目前國內數控機床主軸伺服系統主要采用直流伺服系統，而部分采用交流調速的主軸伺服系統則全部依賴進口，價格昂貴，其它異步機交流傳動系統絕大多數也采用進口變頻器，這不但使國家損失大量外匯，而且嚴重制約了我國電力電子領域高新技術產業的形成和發展。
國產變頻器大多采用V/F控制，由于轉速精度受轉差率及負載的影響，無法精確控制電動機的實際轉速，存在著控制精度低、動態性能差、故障率高、控制功能少等缺點，而且提高定子電壓的補償難以完全與負載匹配，低速轉矩不足。因此V/F控制變頻器尤其不適用于諸如數控機床主軸、伺服等要求高精度、快響應的傳動機械。
　　本文主要介紹科姆龍KV2000無速度傳感器矢量變頻器獨特的性能和優越的性價比，以及在數控機床上的成功應用。
2. 數控機床簡介
數控機床是三十年來綜合應用集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術為一體的機電一體化產品，在機械制造設備中具有靈活、通用、高精度、高效率的“柔性”自動化生產設備，它將加工過程所需各種操作和步驟以及工件的形狀尺寸，用數字化代碼，通過控制介質送入數控裝置，數控裝置對輸入的信息進行處理與運算，指令控制機床系統與驅動元件，自動加工出所需要的工件。數控機床的技術水平高低及其在金屬切削加工機床產量和總擁有量的百分比，是衡量一個國家國民經濟發展和工業制造整體水平的重要標志之一。近年來我國企業的數控機床占有率逐年上升，在大中企業已有較多的使用，在中小企業甚至個體企業中也普遍開始使用。
3. 科姆龍無感矢量變頻器特點的介紹
KV2000系列變頻器采用先進的無速度傳感器矢量控制技術，電機在低速時轉矩大，具有零伺服功能，運行頻率在0Hz時具有100%的轉矩輸出，且速度精度高，價格合理，功能齊全，能夠自動偵測電機動態運轉的參數并做出相應調整，以保證電機運轉在最高效率狀態，因此，無速度傳感器矢量變頻器可以代替交流伺服系統，是機床行業最佳的選擇。對客戶來說由于變頻器的高性價比，所以變頻器在車床上使用非常普遍。

1) 工藝先進，結構緊湊，產品外觀美麗大方；
　　2) 控制方式為無速度反饋矢量控制，控制性能較以前的VF控制方式有很大幅度的改善，特別是在低速轉矩上滿足機床主軸的需求，0.5HZ時起動轉矩能夠達到150%以上；
　　3) 載波頻率范圍0～16.9KHz，確保電機高靜音運行；
　　4) 功率范圍0.75kw～500kw，輸出頻率范圍0.0～650.0Hz，適合高速數控機床的應用領域；
　　5) 提供標準的0～10V模擬量接口（輸入阻抗300Kohm），能夠與大多數數控系統接口兼容，通用性強；
4. 調試環境以及接線、調試方法
1) 3.7kW數控車床
　　電動機參數：
　　額定功率：3.7kW，額定頻率：50Hz, 額定電壓：380V，額定電流：8.6A，額定轉速：970r/min
　　機械傳動比：1：1.5
　　加工材料：45#鋼
　　實際測試性能指標：主軸轉速：200r/min（變頻器運行頻率15Hz左右）, 進刀速度：50mm/min, 單邊進刀量：2.5mm，運行的效果很好，實際的進刀速度和單邊進刀量還可以加大。

2) 5.5kW數控車床
　　電動機參數：額定功率：5.5kW，額定頻率：50Hz, 額定電壓：380V，額定電流：13A，額定轉速：1400r/min
　　機械傳動比：1：1.5 加工材料：45#鋼
　　實際測試性能指標：主軸轉速：200r/min（變頻器運行頻率9～10Hz）, 進刀速度：60mm/min, 單邊進刀量：2mm；主軸轉速：450r/min（變頻器運行頻率22Hz左右）, 進刀速度：60mm/min, 單邊進刀量：4mm，運行的效果很好，實際的進刀速度和單邊進刀量還可以加大。
　　客戶選配電機為3.7KW/50Hz/380V，選用變頻器型號為KV2000-G0037C-4T，制動電阻1000瓦/100歐姆。

變頻器V1/GND端子提供與數控系統速度模擬量，V1接數控系統模擬量接口正信號，GND接負信號，信號為0～10V模擬電壓信號，控制主軸轉速。FWD/REV/COM為變頻器的正轉/反轉信號端子，通常由數控系統發出正轉信號FWD或者反轉REV，來驅動中間繼電器，中間繼電器的常開接點接入變頻器FWD/ COM或者　　REV/COM，從而控制變頻器的正反轉。參數設置如下：
　　1) F001和F002為加速時間和減速時間，根據客戶的要求，F001=2S，F002=1S；
　　2) F010和F011按照電機銘牌設置，F010=50Hz，F011=100；
　　3) F015上限操作頻率選擇，對應于模擬信號10V輸入時變頻器的輸出頻率，由于是在0～3500rpm范圍內調速，將機械減速比這算進去以后，此參數需要設置為150Hz；
　　4) F039參數為運轉信號來源設定，設置為外部端子信號控制，F039=2.0；
　　5) F040參數為選擇主頻率輸入設定來源，設置為模擬信號0～10V輸入，F040=1.0，即CNC模擬輸出信號；
　　6) F067為控制方式的選擇，需要選擇矢量控制，F067=3，即變頻器運行于無速度傳感器矢量控制演算系統，提供額外的轉矩補償電壓，除了增加電機低速運行轉矩之外，并且可以補償負載增加造成的滑差。
5. 結束語
數控機床主軸一般交流伺服系統、進口品牌矢量控制變頻器以及變頻專用電機組成，購置費用很高；科姆龍KV2000系列變頻器以其獨特的性能和優越的性價比，在數控機床的應用上迅速崛起，成為目前市場上一支強大的生力軍，為機床行業的客戶降低約一倍的成本費用，而且信賴度高,為客戶創造更多的效益。