一、引言
外圓磨床，砂輪電動(dòng)機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械加工中所使用的傳統(tǒng)啟動(dòng)電路，會(huì)在電機(jī)啟動(dòng)后按照額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，但由于電網(wǎng)電壓本具備有一定的波動(dòng)，這就會(huì)造成砂輪和工件的摩擦負(fù)載不斷變化，這些都會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致誤差產(chǎn)生，標(biāo)準(zhǔn)砂輪電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電路一般只有一種加工速度，難以適應(yīng)不同工件大小的要求不同的加工相對(duì)線速度，以至于所加工工件的加工精密度很難保證，因此從提高加工質(zhì)量和加工效率，節(jié)約能源等方面考慮，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于外圓磨床中，可以收到滿意的效果。機(jī)械加工行業(yè)外圓磨床所加工的產(chǎn)品種類繁多，工件大小尺寸不同，要求加工精度各異。
相對(duì)的要求砂輪轉(zhuǎn)速與主軸的線速度不同，單純地調(diào)整主軸的轉(zhuǎn)速來滿足工件的加工線速度很難調(diào)整到理想狀態(tài)。又由于軸桿類在加工過程中所產(chǎn)生的應(yīng)力彎曲，在磨削過程中會(huì)產(chǎn)生砂輪進(jìn)給的力矩不同，這樣就帶來砂輪輸出轉(zhuǎn)速/力矩不同的變化，相應(yīng)的會(huì)產(chǎn)生振刀紋/燒糊紋等，磨削精度很難保證，由此造成生產(chǎn)效率低，精品率低等。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)的越來越普及，在機(jī)械加工行業(yè)變頻器的應(yīng)用受到很好的效果。變頻器的無級(jí)調(diào)速，軟啟動(dòng)，恒轉(zhuǎn)矩輸出極大的滿足了機(jī)械加工設(shè)備的恒速度/恒轉(zhuǎn)矩的要求。
二、外圓磨床加工的負(fù)載特性
根據(jù)不同的軸桿直徑的大小，主砂輪電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等于砂輪輸出的轉(zhuǎn)速。磨削力的大小取決于電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。在驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的主軸電動(dòng)機(jī)的高速段，相對(duì)于砂輪輸出轉(zhuǎn)速不變，所加工的工件直徑小，磨削進(jìn)給少，加工大直徑，長軸類工件時(shí)，工件旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)在低速段，砂輪進(jìn)給量大，砂輪磨削力也在變大，電動(dòng)機(jī)很難再恒轉(zhuǎn)矩/恒速度下運(yùn)行，速度的變化就產(chǎn)生了如振刀紋/燒糊紋/加工精度等的變化。變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速，恒轉(zhuǎn)矩輸出恰能彌補(bǔ)上述缺陷。
三、變頻器的旋轉(zhuǎn)
根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)，考慮滿足機(jī)械加工外圓磨床的使用要求和設(shè)備投資費(fèi)用等角度考慮，選用帶自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升的大連普傳通用型矢量變頻器。根據(jù)砂輪電動(dòng)機(jī)的功率不同選用功率不同的變頻器，以10kw為例，額定電壓三相380V，輸出電流17.5A，頻率控制0.50-400Hz，速度控制0.1%，過負(fù)載能力150%/60s。具有自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升功能，低速轉(zhuǎn)矩大，可實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行，16段的低速，全系列三防漆，更耐油氣環(huán)境。
四、系統(tǒng)的啟動(dòng)與調(diào)速
外圓磨床的主砂輪電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電路多采用星—三角轉(zhuǎn)換起動(dòng)電路。用變頻器取代原有電路，利用原有接觸器的常開觸點(diǎn)控制變頻器的運(yùn)行，考慮砂輪啟動(dòng)的慣性，變頻器軟啟動(dòng)時(shí)間設(shè)定為10S，停止剎車時(shí)間設(shè)定為15S，根據(jù)不同類型的砂輪啟動(dòng)力矩可在50%--80%之間調(diào)節(jié)設(shè)定。系統(tǒng)速度通過外接可調(diào)電位器調(diào)節(jié)頻率，根據(jù)工件直徑不同的適應(yīng)速度調(diào)整，因受電動(dòng)機(jī)高速時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度/噪音/振動(dòng)等因素的限制，電動(dòng)機(jī)最高頻率設(shè)定為60HZ；因低速時(shí)電動(dòng)機(jī)散熱效果差，考慮工件旋轉(zhuǎn)的變速因素和實(shí)際最大加工工件尺寸，最低頻率設(shè)定為35HZ，基準(zhǔn)頻設(shè)定為50HZ。
由前面的負(fù)載特性分析可知，高速段為恒功率性質(zhì)，低速段為恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)，且低轉(zhuǎn)速時(shí)負(fù)載要求轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)。對(duì)電動(dòng)機(jī)基準(zhǔn)頻以上，為保證電動(dòng)機(jī)不過壓，采用恒壓變頻調(diào)速。由電動(dòng)機(jī)理論可知，當(dāng)電壓不變，頻率增大時(shí)，電動(dòng)機(jī)每極下的磁通隨著頻率的增大而減??；當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流為額定電流時(shí)，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩減小，容許輸出功率不變，屬恒功率調(diào)速，適用于恒功率負(fù)載?；l以下，為保證電動(dòng)機(jī)每極下磁通不變，采用V/F=常數(shù)的變壓變頻調(diào)速，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的電流為額定電流時(shí)，電動(dòng)機(jī)容許輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。但當(dāng)速度較低時(shí)因電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻不可忽略，若仍保持V/F為常數(shù)，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩將減小，無法滿足低速時(shí)負(fù)載要求的轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)的性能，因此采用變頻器的轉(zhuǎn)矩自動(dòng)補(bǔ)償功能，選擇補(bǔ)償后的V/F曲線加以修正。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)，磨削砂輪平衡的精度要提高：將電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速上運(yùn)行，為了減小高速時(shí)的振動(dòng)，應(yīng)提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和砂輪的動(dòng)平衡度，并加以校正。低速時(shí)的散熱情況：因電動(dòng)機(jī)為自冷風(fēng)扇方式散熱冷卻，低速時(shí)散熱條件變差，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大，電動(dòng)機(jī)溫度會(huì)增加，因此最低轉(zhuǎn)速的設(shè)定以電動(dòng)機(jī)表面溫差不超過容許值為依據(jù)。變頻調(diào)速時(shí)因變頻器輸出含有高次諧波，會(huì)在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生電磁噪音，因此輸出端要安裝零相雜訊濾波器，可降低輔射干擾及感應(yīng)雜訊。變頻器的參數(shù)設(shè)定項(xiàng)目重要將反轉(zhuǎn)/最高頻率/失速等功能鎖定！
五、 總結(jié)
上文將三科SKI610系列數(shù)控機(jī)床變頻器在外圓磨床上的應(yīng)用進(jìn)行簡單的介紹。通過變頻改造控制系統(tǒng)在集成變頻技術(shù)后與控制技術(shù)為一體，能夠充分發(fā)揮杭州三科SKI610系列數(shù)控機(jī)床變頻器卓越的控制性能，很好地滿足磨床低速大啟動(dòng)力矩、高速度精度等要求，使設(shè)備性能顯著提高。
