變頻器在數(shù)控機床主軸上的應用分析

王鵬程 王方永 尹祖國

摘要：在使用數(shù)控機床的過程中，關于變頻器的問題很多，造成變頻器故障的原因也多種多樣。以上只是我自己在實踐中的體會，需要不斷學習，總結經(jīng)驗教訓，更好地利用變頻器為生產(chǎn)服務。本文主要分析變頻器在數(shù)控機床主軸上的應用分析。

關鍵詞：變頻器;數(shù)控機床主軸;應用

引言

數(shù)控機床主軸上應用變頻器，不僅能夠增強主軸控制效果，還能保證調(diào)控的準確度，因此，數(shù)控機床主軸的控制工作領域中應重點關注變頻器的使用，保證參數(shù)的合理性、連接的科學度，不斷提升變頻器的應用有效性、可靠性，發(fā)揮不同技術的價值和作用。

1、變頻器分析

對于變頻器來講，指的就是將變頻、微電子等技術相互整合而成的控制器，實際運行的過程中可以通過對電機設備的電源工作頻率進行改變的方式，有效實現(xiàn)交流電動機的控制目的。變頻器運行的過程中，電路具有較為完善的功能，涉及到的是整流類型、制動類型、逆變類型、檢測類型的不同單元，使用內(nèi)部的GBT斷開處理，準確調(diào)整電源的電壓與頻率，并且還能起到電路的保護作用。

1.1運行原理

變頻器在運行的過程中，原理就是將交流電機當做基礎部分，在轉(zhuǎn)速加快的情況下，電動機的電壓會發(fā)生一定的改變，形成電機速度的調(diào)節(jié)作用，目前已經(jīng)廣泛應用在三相交流控制電機領域中，可以有效調(diào)整運作的速度，增強運行的效果。系統(tǒng)在運行過程中可轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的數(shù)控機床主軸控制形式，不再局限于之前的運行模式，而是利用變頻器合理調(diào)控數(shù)控機床各個組成部分，尤其是刀具部分、其他的零部件部分，促使數(shù)控機床整體的良好運行、穩(wěn)定性使用。

1.2組成部分分析

從變頻器的組成部分層面而言，涉及到主電路、控制電路，按照電路結構特點又可將其分成交流-交流的形式、交流-直流-交流的形式，具體表現(xiàn)為：交流-直流-交流的形式這種形式的變頻器，在應用期間通過整流器設備，先使得交流轉(zhuǎn)變成為直流，之后通過整流器設備，將直流轉(zhuǎn)變成為電壓、頻率都能夠調(diào)節(jié)的交流，和交流-交流的形式相比，中間存在直流的部分，因此又被稱作是間接式變頻器，是目前我國通用性的設備，被廣泛運用到各個領域中，應用的優(yōu)勢、功能很多，價值也很高。

2、基本參數(shù)的配置與優(yōu)化

變頻器的功能參數(shù)很多，一般有幾十甚至幾百個參數(shù)可供用戶選擇。在實際應用中，不需要設置和調(diào)試每個參數(shù)，大多數(shù)只需要使用出廠默認設置。但有些參數(shù)與實際使用密切相關，有些參數(shù)相互關聯(lián)，因此應根據(jù)實際情況進行設置和調(diào)試。由于不同類型變頻器的功能不同，同一功能參數(shù)的名稱也不一定相同，因此以施耐德變頻器基本參數(shù)的名稱為例。

2.1加速和延遲時間

限制變頻器過載能力下的加速和延時電流，以免變頻器因過載而跳閘;調(diào)節(jié)加速度和延遲時間的關鍵點是防止平滑圓電壓過高，以免停止再生過電壓，觸發(fā)變頻器。調(diào)試時，我們經(jīng)常根據(jù)負載和經(jīng)驗設置較長的加速度和延遲時間，觀察開機和關機動機是否存在過電流和過電流現(xiàn)象;然后，設定的加速和延遲時間會逐漸縮短，最佳的加速和延遲時間可以通過多次重復該過程來確定，前提是在操作過程中不會出現(xiàn)報警。

2.2頻率限制

這是變頻器輸出頻率的上限和下限。頻率限制是一種保護功能，可建立信號源故障以避免操作錯誤或外部頻率，并導致輸出頻率過高或過低以避免設備損壞。在應用程序中，根據(jù)實際情況定義。此功能也可以在有限的速度下使用，將轉(zhuǎn)速限制在一定的范圍內(nèi)，而不會損壞機器-工具，也不會因速度過高而導致危險事故。

3、變頻器在數(shù)控機床主軸上的應用建議

3.1完善變頻器應用的控制模式

數(shù)控機床主軸上應用變頻器，應確保控制模式的完善性，首先，在機床主軸運作的過程中，如果加工程序存在“換擋數(shù)控程序”的有關指令，采用指令譯碼的形式，將譯碼信息傳輸?shù)絇MC處理，之后執(zhí)行主軸的換擋調(diào)速操作，借助PMC輸出信號，對外部執(zhí)行元件進行控制，例如：按照PMC輸出的信號，系統(tǒng)可自動化選擇不同的換擋控制模式，可通過液壓拔叉離合設備對齒輪撥動實現(xiàn)換擋目的，或是借助控制電磁離合器的形式達到自動化換擋的目標。其次，完成換擋操作之后，傳感器將所有的數(shù)據(jù)信息、換擋就位信號傳輸?shù)絇MC系統(tǒng)中，按照各個檔位的信號特點針對性的進行CNC控制地址的編碼處理，結合指令的速度信息、檔位信息、數(shù)控參數(shù)信息、檔速信息等，準確將控制電壓計算出來，傳輸?shù)阶冾l器設備，使得變頻器能夠高效化的控制數(shù)控機床主軸速度。

3.2工作臺的運動電氣控制

工作臺的縱向運動可以分為速度慢和速度快兩種類型。低速主要由變速低速發(fā)動機驅(qū)動，而高速主要由高速發(fā)動機驅(qū)動。通過設置電位計可以控制慢速運動的速度。首先縱向放大鏡：按下前進按鈕，向前微繼電器通電，前進緩慢的逆變緩慢向左移動。按下向前停止按鈕，微繼電器關閉，不再緩慢工作。按下反向操作的啟動按鈕，打開反向微繼電器，讓慢逆變器反向運行，工作臺緩慢向右移動。按下反向停止按鈕，反向微繼電器關閉，工作臺不再緩慢移動。二、垂直快速運動：按下快速前進的旋轉(zhuǎn)按鈕而不松開，快速前進的旋轉(zhuǎn)螺母通電，快速制動通常通電后松開，發(fā)動機沿快速前進的方向運行。工作臺快速向左移動，松開快速前進旋轉(zhuǎn)按鈕，關閉快速前進旋轉(zhuǎn)工作臺，同時關閉快速制動和快速前進旋轉(zhuǎn)電機。按下快速返回按鈕不能解決問題，然后接通快速通道電源，在正常電氣化后松開快速制動，工作臺快速向右移動，松開快速反轉(zhuǎn)按鈕，關閉快速通道電源，關閉快速制動和快速驅(qū)動電機，工作臺停止快速反向運動。工作臺由SQ2向右約束，由SQ1向左約束。當工作臺向前移動時按下駕駛開關限制時，您可以按下“慢后退”或“快后退”按鈕，使工作臺離開邊界區(qū)域。如果在工作臺向后移動時將駕駛開關按到極限，則可以按“快進”或“緩出”按鈕使工作臺離開極限范圍。

3.3主軸故障中的應用措施

數(shù)控機床主軸上應用變頻器進行控制，還需重點關注主軸故障處理的效果，協(xié)調(diào)變頻器和其他控制裝置之間的關系，使得不同裝置能夠在變頻器的控制下達到良好的變速協(xié)調(diào)目的，在主軸系統(tǒng)運作的過程中，通過變頻器設備及時發(fā)現(xiàn)與診斷故障問題，及時性的做出處理，首先，在主軸系統(tǒng)發(fā)生故障現(xiàn)象之后，通過變頻器面板將故障數(shù)據(jù)信息顯示出來，顯示故障信息之后，維修人員全面檢查主軸系統(tǒng)的運行情況，判斷是否為電源故障控制系統(tǒng)故障，其他類型的故障問題，及時性的維修處理，保證主軸的安全穩(wěn)定運行。其次，變頻器應用的過程中還需綜合性的分析與研究是否存在主軸的參數(shù)設置問題、慣量設置問題等，便于準確性，合理性的維護主軸的運作安全性[6]。主軸故障處理的工作中，應重點使用先進的變頻器技術，創(chuàng)建相應的故障，分析故障，研究和故障診斷相關的獨立性系統(tǒng)，可以在主軸運行的過程中，自動化的診斷故障問題和實際情況，準確性并且及時性的掌握故障隱患現(xiàn)象，便于合理處理和控制，維護主軸的運行安全性。另外還需安排專業(yè)性的工作人員在現(xiàn)場取動態(tài)性的監(jiān)測分析主軸的情況，一旦發(fā)現(xiàn)有故障隱患，風險問題就要及時性的作出處理，確保所有系統(tǒng)的安全運行。

結束語

綜上所述，數(shù)控機床主軸上合理運用變頻器設備，具有重要意義，不僅可以增強主軸的控制效果，還能改善系統(tǒng)運行水平，因此，在數(shù)控機床主軸控制的過程中，應重視變頻器的運用，合理選擇變頻器的類型，準確設置其中的參數(shù)信息，重點將變頻器和各個系統(tǒng)相互連接，增強連接效果，發(fā)揮變頻器在防控主軸故障問題中的重要價值。

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