本文針對(duì)杭州三科SKI610系列數(shù)控機(jī)床變頻器在數(shù)控車床主軸上的應(yīng)用作了簡(jiǎn)單的介紹。現(xiàn)在工業(yè)領(lǐng)域中,變頻器的應(yīng)用較為廣泛。變頻器在數(shù)控機(jī)床的主軸變速控制中占有極大的比例,變頻器的矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制，寬調(diào)速范圍，低速大扭矩等特性提高了數(shù)控機(jī)床的整體性能。
1、引言
數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機(jī)床產(chǎn)量和總擁有量的百分比，是衡量一個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。數(shù)控車床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一，它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國的普遍重視，并得到了迅速的發(fā)展。主軸是車床構(gòu)成中一個(gè)重要的部分，對(duì)于提高加工效率，擴(kuò)大加工材料范圍，提升加工質(zhì)量都有著很重要的作用。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床大多數(shù)是不能自動(dòng)變速的，需要變速時(shí)，只能把機(jī)床停止，然后手動(dòng)變速。而全功能數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)大多采用無級(jí)變速。目前，無級(jí)變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機(jī)，通過帶傳動(dòng)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，或通過帶傳動(dòng)和主軸箱內(nèi)的減速齒輪(以獲得更大的轉(zhuǎn)矩)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機(jī)調(diào)速范圍廣，又可無級(jí)調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。目前對(duì)客戶來說由于變頻器的高性價(jià)比，所以變頻器在車床上使用非常普遍。普傳科技PI9000系列變頻器以其獨(dú)特的性能和優(yōu)越的性價(jià)比，在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用上迅速崛起，成為目前市場(chǎng)上一支強(qiáng)大的生力軍。
2、三科SKI610變頻器特點(diǎn)
SKI610是三科推出的數(shù)控車床專用變頻器，產(chǎn)品采用先進(jìn)的無速度傳感器矢量控制技術(shù)和轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，不僅具備高端變頻器同樣優(yōu)異的控制性能，同時(shí)結(jié)合國內(nèi)應(yīng)用特點(diǎn)，具備低頻大扭矩，過載能力強(qiáng)，良好的抗干擾能力，進(jìn)一步強(qiáng)化了環(huán)境和產(chǎn)品的可靠性，能夠更好滿足數(shù)控車床系統(tǒng)中的要求。
(1)體積小，屬于迷你型產(chǎn)品，占用控制柜空間較??；
(2)控制方式為正弦波SPWM(提供無速度反饋矢量控制)，控制性能較以前的V/F控制方式有很大的改善，特別是在低速轉(zhuǎn)矩上能夠滿足機(jī)床主軸的需求，0.5Hz時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩能夠達(dá)到l50％以上，保證開坯加工時(shí)有強(qiáng)勁的切削力；
(3)載波頻率范圍0-l5kHz可調(diào)，減小電機(jī)的電磁噪音；
(4)提供標(biāo)準(zhǔn)的0～10V模擬量接口，能夠與大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)接口兼容，通用性強(qiáng)；
(5)過載能力強(qiáng)，150％以上額定輸出電流超過一分鐘；
(6)提供多功能的輸出端子信號(hào)，例如零速信號(hào)、運(yùn)轉(zhuǎn)中信號(hào)、速度到達(dá)信號(hào)、故障指示等，滿足系統(tǒng)對(duì)于主軸性能的要求；
(7)自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，滿足機(jī)床主軸在低速情況下的加工需求；
(8)提供三組異常紀(jì)錄，供維修人員從側(cè)面了解機(jī)床主軸實(shí)際的運(yùn)行狀況；
(9)電機(jī)參數(shù)自動(dòng)整定功能，在線識(shí)別電機(jī)參數(shù)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
3、系統(tǒng)接線及調(diào)試方法
1）CK6140數(shù)控車床主要性能指標(biāo)
主軸電機(jī)參數(shù)：
額定功率5.5kW
額定頻率50Hz
額定電壓380V
額定電流11.6A
額定轉(zhuǎn)速1460r/min
機(jī)械傳動(dòng)比：1：1.5；
加工材料：45#鋼；
實(shí)際測(cè)試性能指標(biāo)：
主軸轉(zhuǎn)速：200r/min(變頻器運(yùn)行頻率9～10Hz)
主軸轉(zhuǎn)速：450r/min(變頻器運(yùn)行頻率22Hz左右)，測(cè)試進(jìn)刀性能及速度滿足要求。
2）調(diào)試環(huán)境以及接線、調(diào)試方法
為了滿足該數(shù)控車床重切的需要，選用變頻器型號(hào)為三科SKI610變頻器。車床主軸應(yīng)用，加減速都要求快速，一定要使用能耗制動(dòng)功能。三科SKI610變頻器變頻器內(nèi)置制動(dòng)單元，無需再外配制動(dòng)單元。根據(jù)選型手冊(cè)推薦，選擇780w/75歐姆的制動(dòng)電阻即可。
圖1數(shù)控機(jī)床電氣控制圖
圖2三科SKI610變頻器與數(shù)控系統(tǒng)的接線圖
變頻器的模擬量輸入端子AI1/GND接收來自于數(shù)控系統(tǒng)的模擬量信號(hào)（0-10V），AI1接信號(hào)正端，GND接信號(hào)負(fù)端，來控制主軸轉(zhuǎn)速。DI1/DI2/COM為變頻器的正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)信號(hào)端子，通常由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出正轉(zhuǎn)信號(hào)或者反轉(zhuǎn)信號(hào)，來驅(qū)動(dòng)中間繼電器，中間繼電器的常開接點(diǎn)接入變頻器DI1/DI2/COM，從而控制主軸的正/反轉(zhuǎn)。DI3負(fù)責(zé)接收系統(tǒng)發(fā)出的故障信號(hào)，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，變頻器立即停止輸出。DI4為變頻器故障復(fù)位信號(hào)。正確設(shè)置電機(jī)參數(shù)并進(jìn)行參數(shù)自學(xué)習(xí)。
參數(shù)設(shè)置如下：
4、調(diào)試結(jié)果
數(shù)控機(jī)床主軸若采用交流伺服系統(tǒng)、進(jìn)口品牌矢量變頻器以及變頻專用電機(jī)，購置費(fèi)用很高；而杭州三科SKI610系列數(shù)控機(jī)床變頻器因其較高的性價(jià)比，在數(shù)控機(jī)床應(yīng)用上得到普及與推廣，為機(jī)床行業(yè)的客戶降低約一倍的成本費(fèi)用，而且便于維護(hù)和操作，得到用戶的認(rèn)可，并為客戶帶來更多的效益。
主軸電機(jī)采用三科SKI610數(shù)控機(jī)床變頻器驅(qū)動(dòng)，可以滿足加工要求，延長(zhǎng)刀具的使用壽命。由于采用的領(lǐng)先的矢量控制算法，即使在低轉(zhuǎn)速運(yùn)行下也能平穩(wěn)輸出100%的轉(zhuǎn)矩，以滿足不同零件的加工需要，完全可以取代傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承主軸結(jié)構(gòu)，并且此主軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、可以實(shí)現(xiàn)真正的無級(jí)調(diào)速。此主軸的轉(zhuǎn)速由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的模擬量信號(hào)來控制變頻器的輸出頻率，對(duì)不同的加工工藝(粗加工、精加工等)需要不同的轉(zhuǎn)速情況下，可由數(shù)控系統(tǒng)輸出不同的速度指令，實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速，調(diào)整非常方便。同時(shí)啟停信號(hào)也由數(shù)控系統(tǒng)控制，提高了自動(dòng)化控制程度。
