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一、引言

数字控制机床,简称数控机床(NC , Numerical Control),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无极调速,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。主驱动电机通过皮带传动带动主轴旋转,或通过皮带传动和主轴箱内的减速齿轮(以获得更大的转矩)带动主轴旋转。由于主轴电机调速范围广,又可无级调速,使得主轴箱的结构大为简化。

二、数控机床的技术要求

1 对电机要求

通常要求用变频电机,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。

2 对变频器的技术要求

a 要求低频力矩大

低频时(1~10Hz)能出来150%额定转矩。

b 转矩动态响应速度快,稳速精度高

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。

c 减速停车速度快

通常数控机床的加减速时间都是比较短的,加速时间靠变频器的性能保证,减速时间则依靠外加制动电阻或制动单元。

d 可靠性高

变频器故障率低,运行稳定可靠

e 电磁兼容问题

数控机床为工业应用环境,不但要求变频器自身抗干扰能力强,而且不能干扰外围控制设备。

由变频器工作原理可知,变频器输出含有一定的谐波成份,在使用中如果处理不当会对其它设备产生干扰,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在变频器出厂时须经过严格的EMC测试,采用EMC测试合格的变频器产品。

三、系统构成

1 CNC数控系统构成如下图: 



2 配置:

变频器: ALPHA6000-37R5GB

制动电阻:80Ω/750W

7.5KW调速电机  

四、接线及变频器系统设定

1 变频器接线原理图



2 变频器参数设定:

P0.01 =2 端子AI1为模拟输入

P0.04=1 外部端子控制

P0.07=150(最高输出频率)

P3.03=14(外部故障停机)

P3.17=2 (速度到达)

P3.14=19(故障输出)

P2.06=6 (载波频率)

P9.00=100 (转差频率补偿增益)

P3.01=1 (X1正转)

P3.02=2 (X2反转)

P3.04=6 (X4复位) 

五、ALPHA6000系列变频器的特点

ALPHA6000系列变频器.低率输出转矩大,速度精度高,价格合理,功能齐全,质量稳定可靠,是机床设备配套的理想选择。ALPHA6000系列变频器具有以下特点
1 电机控制专用CPU,空间矢量PWM控制,超静音稳定运行。

2 低频力矩特性好,低速额定转矩输出运行稳定。.

3 通过EMC测试,抗干扰能力强。

4 先进的自动转矩补偿功能设计,负载适应能力强。

5 对输出电流实时检控,具有很好的动态响应能力。

6 功能完善,多达40种保护及报警功能。

六、使用效果

经过沈阳机床厂批量试用ALPHA6000系列变频器,经其质检部门全面测试,用户使用证明配用ALPHA6000变频器能完全能够满足机床主轴控制的要求,低转速运行输出转矩平稳,能满足不同零件的加工需要,完全可以取代传统的滚动轴承主轴结构,并且此主轴结构简单、紧凑、可以实现真正的无级调速。此主轴的转速由外部模拟量信号来控制输出频率,在不同的加工工艺(如;粗加工、精加工等)需要不同的转速,此时可由数控系统输出不同的模拟量电压信号给变频器,实现不同的转速,同时启停信号也由数控系统控制,提高了自动化程度、延长了刀具的使用寿命。目前ALPHA6000变频器已大量在沈阳机床配用,用户反映极佳,故障率几乎为零。

七、结束语

通过ALPHA6000系列变频在数控机床主轴上的成功应用,改变了以往依赖进口产品的局面,大大地降低了产品成本。ALPHA6000系列变频器以其独特的性能和优越的性价比,在数控机床上得以迅速推广使用。  

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