數(shù)控系統(tǒng)中主軸變頻器有什么功能?
發(fā)布時(shí)間：2022-11-26 15:27:39 點(diǎn)擊率：
控機(jī)床是一種靈活、高效能的自動(dòng)化機(jī)床,它較好地解決了復(fù)雜、精密、小批多變的零件加工問題。合理地進(jìn)行數(shù)控機(jī)床主軸的控制,對提高機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)效率都十分重要。
數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也叫主傳動(dòng)系統(tǒng),是完成主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置部分。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變成主軸上安裝的刀具或工件的切削力矩和切削速度,配合進(jìn)給運(yùn)動(dòng),加工出理想的零件。它是零件加工的成型運(yùn)動(dòng)之一,它的精度對零件的加工精度有較大的影響。機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)有較大的差別，機(jī)床主軸的工作運(yùn)動(dòng)通常是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不像進(jìn)給驅(qū)動(dòng)需要絲桿或者其他直線運(yùn)動(dòng)裝置作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，數(shù)控機(jī)床通過主軸的回轉(zhuǎn)與進(jìn)給實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對切削運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)機(jī)床主軸傳動(dòng)的工作特點(diǎn)，早期的機(jī)床多數(shù)采用三相異步電動(dòng)機(jī)加上多級變速箱的結(jié)構(gòu)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)床機(jī)構(gòu)有了很大改進(jìn)，從而對主軸系統(tǒng)提出了新的要求，而且因用途而異，在數(shù)控機(jī)床中，數(shù)控車床占42%，數(shù)控鉆鏜銑床占33%，數(shù)控磨床、沖床占23%，其他占2%，為了滿足量大面廣的前兩類數(shù)控機(jī)床的需要，對主軸傳動(dòng)提出了如下要求：主傳動(dòng)電機(jī)應(yīng)有2.2KW~250KW的功率范圍；要有大的無級調(diào)速范圍，如能在1：100~1000范圍內(nèi)進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和1：10的恒功率調(diào)速；要求主傳動(dòng)有四象限的驅(qū)動(dòng)能力；為了滿足螺紋車削，要求主軸能與進(jìn)給實(shí)行同步控制。
在目前數(shù)控車床中，主軸控制裝置通常是采用交流變頻器來控制交流主軸電動(dòng)機(jī)。為滿足數(shù)控車床對主軸驅(qū)動(dòng)的要求，變頻器必須有以下性能:（1）寬調(diào)速范圍，且穩(wěn)速精度高;（2）低速運(yùn)行時(shí)，有較大力矩輸出;（3）加減速時(shí)間短;（4）過載能力強(qiáng);（5）快速響應(yīng)主軸電機(jī)快速正反轉(zhuǎn)以及加減速。
下圖是變頻器在數(shù)控機(jī)床主軸上的應(yīng)用：
其中變頻器與數(shù)控裝置的聯(lián)系通常包括:（1）數(shù)控裝置給變頻器的正反轉(zhuǎn)信號(hào);（2）數(shù)控裝置給變頻器的速度或頻率信號(hào)，可以通過通訊給定或模擬給定；（3）變頻器給數(shù)控裝置的故障等狀態(tài)信號(hào)。所有關(guān)于對變頻器的操作和反饋均可在數(shù)控面板進(jìn)行編程和顯示。通過變頻器內(nèi)部關(guān)于輸入信號(hào)與設(shè)定頻率的輸入輸出特性曲線的設(shè)置，數(shù)控裝置就可以方便而自由地控制主軸的速度。該特性曲線必須涵蓋電壓/電流信號(hào)、正/反作用、單/雙極性的不同配置，以滿足數(shù)控車床快速正反轉(zhuǎn)、自由調(diào)速、變速切削的要求。
主軸變頻器的基本選型應(yīng)該依據(jù)主軸驅(qū)動(dòng)的要求。目前市場上最為常用的一類變頻器為V/F控制方式，采用此控制方式的變頻器低頻轉(zhuǎn)矩不夠大、穩(wěn)速精度不夠高，因此在車床主軸上使用不太適合。另一類型的變頻器為矢量型變頻器，所謂矢量控制，通俗的講，就是使鼠籠式異步機(jī)像直流電機(jī)那樣具有優(yōu)秀的運(yùn)行性能及很高的控制性能，通過控制變頻器輸出電流的大小、頻率及其相位，用以維持電機(jī)內(nèi)部的磁通為恒定值，產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)矩，此類變頻器具有低頻力矩大，穩(wěn)速精度高，響應(yīng)速度快，相對伺服系統(tǒng)價(jià)格便宜等特點(diǎn)，在數(shù)控機(jī)床主軸上應(yīng)用尤為合適，矢量控制的變頻器在數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)上正逐步推廣。
對于數(shù)控車床的主軸電機(jī)，使用無速度傳感器的變頻調(diào)速器的矢量控制后，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn):大幅度降低維護(hù)費(fèi)用，甚至免維護(hù);可實(shí)現(xiàn)高效率的切割和較高的加工精度;實(shí)現(xiàn)低速和高速情況下強(qiáng)勁的力矩輸出。在這些方面士林變頻器均表現(xiàn)出眾，最新推出的SE2系列72000轉(zhuǎn)高速電主軸變頻器更是在超薄玻璃切削，金屬表面切削處理等機(jī)床上獨(dú)占鰲頭。
數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也叫主傳動(dòng)系統(tǒng),是完成主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置部分。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變成主軸上安裝的刀具或工件的切削力矩和切削速度,配合進(jìn)給運(yùn)動(dòng),加工出理想的零件。它是零件加工的成型運(yùn)動(dòng)之一,它的精度對零件的加工精度有較大的影響。機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)有較大的差別，機(jī)床主軸的工作運(yùn)動(dòng)通常是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不像進(jìn)給驅(qū)動(dòng)需要絲桿或者其他直線運(yùn)動(dòng)裝置作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，數(shù)控機(jī)床通過主軸的回轉(zhuǎn)與進(jìn)給實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對切削運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)機(jī)床主軸傳動(dòng)的工作特點(diǎn)，早期的機(jī)床多數(shù)采用三相異步電動(dòng)機(jī)加上多級變速箱的結(jié)構(gòu)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)床機(jī)構(gòu)有了很大改進(jìn)，從而對主軸系統(tǒng)提出了新的要求，而且因用途而異，在數(shù)控機(jī)床中，數(shù)控車床占42%，數(shù)控鉆鏜銑床占33%，數(shù)控磨床、沖床占23%，其他占2%，為了滿足量大面廣的前兩類數(shù)控機(jī)床的需要，對主軸傳動(dòng)提出了如下要求：主傳動(dòng)電機(jī)應(yīng)有2.2KW~250KW的功率范圍；要有大的無級調(diào)速范圍，如能在1：100~1000范圍內(nèi)進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和1：10的恒功率調(diào)速；要求主傳動(dòng)有四象限的驅(qū)動(dòng)能力；為了滿足螺紋車削，要求主軸能與進(jìn)給實(shí)行同步控制。
在目前數(shù)控車床中，主軸控制裝置通常是采用交流變頻器來控制交流主軸電動(dòng)機(jī)。為滿足數(shù)控車床對主軸驅(qū)動(dòng)的要求，變頻器必須有以下性能:（1）寬調(diào)速范圍，且穩(wěn)速精度高;（2）低速運(yùn)行時(shí)，有較大力矩輸出;（3）加減速時(shí)間短;（4）過載能力強(qiáng);（5）快速響應(yīng)主軸電機(jī)快速正反轉(zhuǎn)以及加減速。
下圖是變頻器在數(shù)控機(jī)床主軸上的應(yīng)用：
其中變頻器與數(shù)控裝置的聯(lián)系通常包括:（1）數(shù)控裝置給變頻器的正反轉(zhuǎn)信號(hào);（2）數(shù)控裝置給變頻器的速度或頻率信號(hào)，可以通過通訊給定或模擬給定；（3）變頻器給數(shù)控裝置的故障等狀態(tài)信號(hào)。所有關(guān)于對變頻器的操作和反饋均可在數(shù)控面板進(jìn)行編程和顯示。通過變頻器內(nèi)部關(guān)于輸入信號(hào)與設(shè)定頻率的輸入輸出特性曲線的設(shè)置，數(shù)控裝置就可以方便而自由地控制主軸的速度。該特性曲線必須涵蓋電壓/電流信號(hào)、正/反作用、單/雙極性的不同配置，以滿足數(shù)控車床快速正反轉(zhuǎn)、自由調(diào)速、變速切削的要求。
主軸變頻器的基本選型應(yīng)該依據(jù)主軸驅(qū)動(dòng)的要求。目前市場上最為常用的一類變頻器為V/F控制方式，采用此控制方式的變頻器低頻轉(zhuǎn)矩不夠大、穩(wěn)速精度不夠高，因此在車床主軸上使用不太適合。另一類型的變頻器為矢量型變頻器，所謂矢量控制，通俗的講，就是使鼠籠式異步機(jī)像直流電機(jī)那樣具有優(yōu)秀的運(yùn)行性能及很高的控制性能，通過控制變頻器輸出電流的大小、頻率及其相位，用以維持電機(jī)內(nèi)部的磁通為恒定值，產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)矩，此類變頻器具有低頻力矩大，穩(wěn)速精度高，響應(yīng)速度快，相對伺服系統(tǒng)價(jià)格便宜等特點(diǎn)，在數(shù)控機(jī)床主軸上應(yīng)用尤為合適，矢量控制的變頻器在數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)上正逐步推廣。
對于數(shù)控車床的主軸電機(jī)，使用無速度傳感器的變頻調(diào)速器的矢量控制后，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn):大幅度降低維護(hù)費(fèi)用，甚至免維護(hù);可實(shí)現(xiàn)高效率的切割和較高的加工精度;實(shí)現(xiàn)低速和高速情況下強(qiáng)勁的力矩輸出。在這些方面士林變頻器均表現(xiàn)出眾，最新推出的SE2系列72000轉(zhuǎn)高速電主軸變頻器更是在超薄玻璃切削，金屬表面切削處理等機(jī)床上獨(dú)占鰲頭。
上一個(gè)：變頻主軸中，變頻器的作用
下一個(gè)：數(shù)控機(jī)床的主軸部分一般由哪些組成？
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