變頻器在經濟型數控機床上的應用

摘要：本文介紹了惠豐變頻器在改造經濟型數控機床中的應用情況、改造方案和應用效果等。
關鍵詞：機床 數控系統 變頻器
1 引言
近年來，隨著經濟的快速發展，機床工業也有了飛躍的發展：體現在新技術的廣泛應用和企業效益的明顯改善。目前機床行業的消費主流是數控機床。從國內外市場對數控機床的需求來看，以后數控機床市場具有以下特征：一是經濟型數控機床是以后的主流產品；二是采用新技術，降低成本，提高產品穩定性是企業生存的關鍵。下面我們以機床拖動方面采用變頻調速來說說變頻器在該行業的應用情況。
2 原機床的主軸傳動特點
一般情況下機床的拖動系統是由電機帶動齒輪箱來傳動和調速的。它具有以下特點。
2.1 原系統概況
這種負載為恒功率性質。齒輪箱變速時，轉矩的變化與轉速的變化成反比。若不計齒輪箱的損耗，則在全功率范圍內，都具有恒功率的特點。
(1) 轉速檔次
調速箱有8檔轉速：75、120、200、300、800、1200、1500，2000r/min。
(2) 電動機的主要額定參數
額定容量：3.7kW
　　額定轉速：1440r/min
　　負載特性：恒功率
(3) 控制方式
由手柄組合的8個位置來控制四個離合器的分與合，得到齒輪的8種組合，從而得到8檔轉速。
2.2 原系統特點
低速時的過載能力強。低速時，拖動系統經齒輪箱降速后的額定轉矩將遠大于負載的最大工作轉矩，有很強的過載能力。
3 應用變頻器調速時的基本考慮
(1) 變頻調速的調節范圍很廣，一般通用型變頻器都可以實現0~400Hz范圍內無級調速；
　　(2) 考慮到機床要求具有較硬的機械特性。符合變頻器+普通電機(或變頻電機)傳動具有機械特性硬的特點。一般在低頻下都可以提供150%負載轉矩的能力；
　　(3) 考慮到機床需要在低速時具有強大過載能力。變頻器可以提供150%的過載保護(60s)，能夠滿足設備的要求；
　　(4) 使用變頻調速后，可以簡化齒輪變速箱等原有復雜的機械拖動機構，自動化程度高，操作簡單，維修方便；
　　(5) 變頻器具有電壓(DC0-5V，DC0-10V)，電流模擬輸入接口，可以與數控系統的控制信號很好的匹配。
4 惠豐變頻器在該行業的具體應用情況
浙江坎門機床廠主要生產各類經濟型簡易數控機床，由于調速用的電磁離合器損壞率較高，了解到變頻調速系統具有以上優點，故改用惠豐變頻器實現變頻調速。具體情況如下。
4.1 改造后系統構成
改造后系統構成如附圖所示

附圖 改造后系統構成
(1) 在該系統中，變頻器采用外部端子控制，數控系統發出的DC 0-10V信號通過變頻器的AN1—GND 端子送入變頻器，實現數字量設定轉速對模擬量變頻器輸出的控制。電機轉速的高低由數控系統輸出的電壓信號的大小來控制；
　　(2) 電機的正反向運行由外圍通過變頻器的OP6，OP7與CM端子實現控制；
　　(3) 各種保護信號通過變頻器的TC TA常開觸點來控制，可以實現過流，過壓，過載，過熱，負壓，缺相等保護。
4.2 相關參數的設置
根據數控系統和機床設計的要求，參數的合適設置能夠提高原有產品性能，參數的設置如附表所示

(1) F111，F808 用來調整電機的最高轉速；
　　(2) F114，F115用來調整電機達到最高轉速需要的時間；
　　(3) F513，F502用來調整電機在低速時輸出力矩的大小，針對以上的參數設置，最終用戶可以根據現場的實際需要作微量調整。
4.3 改造后與原來的性能對比
機床調速范圍：0~400Hz可調(大部分機床都在 3000r/min以下工作)
　　加減速時間： 0.1~30s可調；
　　加工速度：100~3000r/min連續可控；
　　保護功能： 完善，并有故障顯示；
　　過載能力：100%~180%可調。
4.4 客戶的實際使用效果
在實際加工轉速下，經反復試驗，完全符合設計要求，取得了令人滿意的結果。現該產品2000年已批量生產，投放市場。
4.5 可能出現的問題—電壓低引起變頻器保護
2003年3月份一批機床發到寧波(客戶用來生產氣動工具零部件)，3個月后客戶打來電話說有10臺變頻器有故障保護(且只是白天跳保護)。公司派技術人員到現場查找故障原因，發現工作現場電壓很低—輸入電壓僅僅AC310V(白天工作電壓低)，客戶因對變頻器保護原理不了解，只是認為機床有問題，客戶要求更換變頻器。針對此情況，技術人員向對方詳細介紹了故障保護的原因，并協助客戶購買了穩壓設備，安裝后沒有任何問題—問題得到完美解決。再次驗證了變頻器完善的保護功能，同時也提醒了廠家對客戶銷售時應該注意說明的問題。
5 結束語
坎門機床廠配套使用惠豐變頻器多年來，產品質量一直很穩定，規模越來越大，企業效益越來越好。這再次證明了簡易數控機床配套使用變頻器的可行性和實用性，相信廣大數控廠家會越來越多的認識到此問題—采用變頻傳動可靠性高，操作方便，投資少，見效快，性價比高。