机床专用变频器

  数控机床   案例说明   c6000系列变频器在机床中的应用   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。 在机械制造业中，用普通机床加工复杂的零部件或具有较高度的批量产品时，需要熟练的技术工人手工操作来完成，这种效率低下的传统加工方式已无法满足现代制造业的需求。随着计算机技术的飞速发展，先进的加工中心和数控机床应运而生，逐渐成为主流的工具机床。   二、数控机床对应用技术的要求     1、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、变频器的技术要求         1）要求低频力矩大               选用矢量变频器，低频时（1～10hz）能出来150%额定转矩。         2）转矩动态响应速度快，稳速精度高 选用矢量变频器，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）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。        4）进行电机参数自学习 选用矢量变频器后，要达到很好的控制性能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，则可以通过静止参数自学习或者也可以考虑用变频器出厂的电机参数试运行。          5）频率指令和运行指令 数控机床上使用的变频器其频率指令和运行指令都来源于cnc控制器，一般给定的通道有两种，一种是模拟量给定，另一种是多段速给定，或者两者同时给定，以多段速优先。模拟量给定以电压型模拟量为主，也有电流型的。变频器对这两种类型的模拟量都可以采集。      3、抗干扰问题 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Zui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的输出线上加磁环以减少高频辐射。     三、c6000系列变频器的特点 c6000系列高性能矢量变频器采用先进磁通控制技术，电机在低速时转矩大，速度精度高，价格合理，功能齐全，具有瞬停电处理及速度跟踪再启动功能，确保系统实现连续运行机制，以保证电机运转在Zui高效率状态，因此，采用c6000系列高性能矢量变频器代替主轴交流伺服系统，是机床行业的选择。c6000系列变频器具有以下特点： （1）采用先进的磁通控制算法，实现了真正的无速度传感器矢量控制，在控制性能上比传统的v/f控制方式有很大的改善。 （2）起动转矩大，0.5hz/150%,0hz/180% （3）载波频率范围0～15khz；可根据温度和负载的特性自适应调整 （4）提供标准的0～10v模拟量接口，能够与大多数数控系统接口兼容，通用性强 （5）过负载能力强，150%额定输出电流一分钟； （6）提供多功能的输出端子信号，例如故障输出信号，运行中信号，速度到达等输出信号，能够很好的满足系统对于主轴速度状态的监控；   四、应用实例 下面以c6000系列高性能矢量变频器在数控机床厂的应用为例，选配新科瑞高性能矢量控制c6000系列。 一）c6000变频控制系统优势: 1、完全满足数控车床高生产率、高削切精度、高稳定性、高柔性要求。 2、c6000采用矢量控制模式，动态响应效果非常好，使电机主轴能高速稳定运行。 3、满足复杂、不规则形状零件的高深度和高强度削切要求，在0.5hz~1hz低频状况下，可以稳定保持150%的转矩输出。 4、加减速时间0.1秒，实现无衔接式正反转运行。 5、抗干扰性强，通过严格cnc综合测试，不会对系统造成任何干扰。 6、稳速精度高，低速时速度变化率小，运行平滑。   二）系统构成 c6000变频器、匹配制动单元、5.5kw调速电机、 cnc数控系统和性能指标：    三）5.5kw数控车床，电动机参数：               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：1：1.5 加工材料：45#钢 四）系统接线图如下： c6000 变频器 速度到达 r s t x1 x2 com 正转 x3 x4 反转 外部故障 复位 com cme 24v y +10v ai1 gnd 模拟输入 频率设定 制动单元 制动电阻 + － u v w m 3~ 24v fmr 运行指示     五）变频器的主要参数调节 功能码 设定值 备注 f0.01 1 运行命令由端子控制 f0.02 1 频率源选择模拟1输入 f0.10 1 加速时间1s f0.11 1 减速时间1s f5.01 1 开关量输入端子x1设定为正转运行 f5.02 2 开关量输入端子x2设定为反转运行 f5.03 8 开关量输入端子x3设定为外部故障输入 f5.04 7 开关量输入端子x4设定为故障复位功能 f6.00 1 设定hdo端子为开路集电极开关量输出方式 f6.01 7 设定hdo端子在频率到达时动作 f6.02 2 设定y端子为电机运行指示信号   六）结束语 事实证明采用c6000系列高性能矢量变频器完全能够满足机床主轴控制的要求。c6000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150%的转矩，以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。