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变频器在数控机床上的应用

变频器在数控机床上的应用


案例说明

数控机床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。
 
二、数控机床对变频器的要求 
     数控机床通常要求采用变频电机,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,对变频器的要求主要有如下几点:
1)要求低频力矩大
选用AC80矢量变频器,低频时能出来180%额定转矩。
2)转矩动态响应速度快,稳速精度高
选用AC80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。
3)主轴转速高
随着机床行业的发展与竞争,要求主轴的旋转速度越来越高,选用AC80矢量变频器,能使主轴轻松达到5000R/min,变频器频率为170Hz。
4)加减速时间短
通常数控机床的加减速时间都是比较短的,AC80变频器依靠其强劲的性能使加速时间得到可靠保证,减速时间则依靠外加制动电阻或制动单元。
5)电机参数自学习
为了达到很好的控制性能变频器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。
如果现场条件没办法进行空载运行,请使用变频器出厂的电机参数试运行。
6)抗干扰能力强
AC80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可在变频器的输出线或者信号线上加磁环,同时选用优质的CNC的抗干扰能力较强。

三、数控机床的变频控制
    下面以AC80系列高性能矢量变频器在杭州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。

图片关键词
系统参数 

 变频器AC80-T3-5R5G, 制动电阻75Ω/500W,凯恩帝数控系统。主要的电机参数和性能指标:额定功率:5.5kW, 额定频率:50Hz, 额定电压:380V, 额定电流:11A, 额定转速:1440r/min 机械传动比:1:2,加工材料:45#钢,实际测试性能指标:(进刀性能及速度)
1、主轴转速:100r/min,变频器运行频率5Hz左右 
2、主轴转速:2000r/min,变频器运行频率150Hz左右

AC80 变频器参数设定:
 
功能代码
设定值
功能代码
设定值
功能代码
设定值
F0.00
0
F0.17
10
F5.07
通过参数自学习获取
F0.03
2
F5.02
5.5
F5.08
F0.09
170.0Hz
F5.03
50.00
F5.09
F0.11
170.0Hz
F5.04
1440
F5.10
F0.14
3.0
F5.05
380
F5.11
F0.15
3.0
F5.06
11.0
FA.04
125%
 
 
调试结果 
      实际效果显示采用AC80系列机床专用高性能矢量变频器完全能够满足机床主轴控制的要求,在100R/MIN时单边进刀量为7个丝(倍率150%),变频器能在段时间内轻松到达150Hz,且参数设置简单调试简便。AC80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180%的转矩,以满足不同零件的加工需要。AC80变频器以其强大的性能和稳定性取得了客户的信任,获得了广泛的使用和好评。