变频器在数控车床主轴中应用

变频矢量控制在数控车床主轴中的应用

数控车床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电机及其拖动、自动控制、检测等技术为一身的自动化设备。其中主轴运动是数控车床的一个重要内容，以完成切削任务，其动力约占整台车床的动力的70%～80%。基本控制是主轴的正、反转和停止，可自动换档和无级调速。

在目前数控车床中，主轴控制装置通常是采用交流变频器来控制交流主轴电动机。为满足数控车床对主轴驱动的要求，必须有以下性能:(1)宽调速范围，且速度稳定性能要高;(2)在断续负载下，电机的转速波动要小;(3)加减速时间短;(4)过载能力强;(5)噪声低、震动小、寿命长。

本文介绍了采用数控车床的主轴驱动中变频控制的系统结构与运行模式，并阐述了无速度传感器的矢量变频器的基本应用。

1、数控车床主轴变频的系统结构与运行模式

1.1 主轴变频控制的基本原理由异步电机理论可知，主轴电机的转速公式为:

n=(60f/p)×(1-s)

其中P—电动机的极对数，s—转差率，f—供电电源的频率，n—电动机的转速。从上式可看出，电机转速与频率近似成正比，改变频率即可以平滑地调节电机转速，而对于变频器而言，其频率的调节范围是很宽的，可在0～400Hz(甚至更高频率)之间任意调节，因此主轴电机转速即可以在较宽的范围内调节。

当然，转速提高后，还应考虑到对其轴承及绕组的影响，防止电机过分磨损及过热，一般可以通过设定最高频率来进行限定。

变频器在数控车床的应用，其中变频器与数控装置的联系通常包括:(1)数控装置到变频器的正反转信号;(2)数控装置到变频器的速度或频率信号;(3)变频器到数控装置的故障等状态信号。因此所有关于对变频器的操作和反馈均可在数控面板进行编程和显示。

1.2 主轴变频控制的系统构成

不使用变频器进行变速传动的数控车床一般用时间控制器确认电机转速到达指令速度开始进刀，而使用变频器后，机床可按指令信号进刀，这样一来就提高了效率。

高新技术　２Ｑ１　Ｑ：Ｑ　（　）　Ｃｈｉｎａ　Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏ￣ｉｅｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　

通用变频器在数控机床主轴控制的应用　

金光云　

（中航工业沈阳飞机工业（集团）有限公司数控加工厂，辽宁沈阳１１００８５）　

摘要：论文中介绍了通用变频器的技术特点，并以一台三坐标数控机床为例，介绍了在数控机床主轴控制时使用通用的变　

频技术进行驱动，所采用的具体电路设计、ＰＬＣ程序及各类相关数据的匹配关系。　

关键词：主轴控制；通用变频器；ＰＬＣ程序　

中图分类号：ＴＧ６５　文献标识码：Ａ　

１控制原理　

任何一台数控机床的主轴控制，都是　

机床控制的重要组成部分，使用变频器控　

制的机床其基本工作原理并没有改变，只　

是减少了数控系统对主轴工作性能的调　

整，更具体的细微处的主轴运转精度南变　

频器自身来完成，变频器更具备相对的独　

立性和通用性。在以变频器为主的主轴控　

制系统中，需要由控制系统输出的启动与　

停止信号、转速信号、报警信号等，再根据　

变频器内部的参数设定控制主轴的旋转。　

２性能对比　

随着生产技术的日益发展，对机械加　

工设备的要求也越来越高。有些数控机床　

的控制形式已限制了机床的加工性能，　

Ｖ２—２０００Ｂ机床是一台三坐标龙门数控铣　

床，由法国ＦＯＲＥＳＴ公司生产，其主轴采　

用变频机组形式进行控制，只提供了　

１０００～６０００ＲＰＭ中的五个固定档位的主轴　

转速，限制了加工时对主轴转速的选择范　

围。　

这种主轴的控制方式，决定了主轴的　

启动与停止硬性较大，对机床的硬件有很　

大的损伤，使一些元件使用寿命变短，导　

致机床故障频繁发生。这种数控机床主轴　

控制形式已明显落后，因此，采用变频技　

术控制主轴进行生产加工，可以满足现在　

的加工需求，并能解决旧式控制方式的缺　

点。　

３工作内容　

３．１选择主轴变频模块　

数控机床的主轴运转规律是：额定转　

速以下为恒转矩运行，额定转速以上为恒　

功率运行。因此配备的变频器规格应遵循　

浅谈变频器在数控机床中的使用

摘要 在数控机床上，变频器主要用于交流电动机的控制，它不但起了节能和调速的作用，而且它的软启动能够保护附属电气设备，避免直接启动给机械设备造成冲击，从而引起机械故障。因此变频器是理想的调速和控制装置。本文就变频器在数控机床上的应用及它在使用和维护中常见的问题进行阐述。

关键词 变频器 数控机床 调速 节能 维护

中图分类号：tg659 文献标识码：a

1 关于变频器

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将把电压、频率固定不变的交流电变换成电压、频率可以改变的交流电的电能控制装置。作为能够改变输出频率的设备，变频器其主电路由整流器件、直流部分和逆变器件（igbt）三部分组成。基本结构示意图如图1：

整流器件作为变频器与三相交流电相连的部分，把三相交流电变成直流电。直流部分是变频器的信号控制部分。直流电部分取出所需的电压，带动驱动电路、检测电路和cpu控制器。驱动电路用来实现逆变器件的驱动，检测电路用来实现对温度、电流和电压的检测，cpu控制器实现判断和控制功能。而逆变器将直流电变换为所要求频率的交流电。通过逆变器的驱动电路实现对逆变器的驱动，从变频器输出的电就变成了电压为380v，频率可调的交流电，从而驱动电机完成预想的控制工作。

2 变频器在数控机床上的应用

数控机床要求主轴调速范围宽，能实现无级调速，在主轴正、反向转动时可进行自动加、减速控制，并且加、减速时间要短，要求恒功率范围宽。变频器可以通过改变输出交流电的频率，达到对交流电机进行速度调节的目的。机床采用变频器控制，启动时随著电机的加速相应提高频率和电压，起动电流一般被限制在150%额定电流以下。而采用工频电源直接起动时，起动电流为额定电流的6至7倍，将对电网及负载造成很大的冲击，影响了周边电器的工作，增加了机械传动部件的磨损，降低了设备的寿命。另外电机的转矩会随速度降低而减小，使用变频器控制电机后，将改善电机低速时转矩不足的状况，在额定频率下变频器能进行恒转矩调速。变频器的无级调速，软启动，恒转矩输出极大地满足了数控机床对恒速度，恒转矩，加减速控制等的要求，生产效率更高，使用、维护更加方便，因此数控机床广泛采用变频器进行主传动控制。

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数控车床仿真软件在教学中的应用

作者：杨鹏飞

来源：《科技资讯》2015年第11期

摘 要：现代职业教育发展越来越快，众多专业中，尤其是数控这个热门的专业，学生人数多，但是机床的数量非常有限。数控仿真软件的出现，解决了数控机床实训环节易出事故、机床损耗严重、费用高等缺点。有效的使用数控加工仿真系统软件，对学生进行数控机床的基本操作培训，能够达到多、快、好、省的目的。在实训操作中能够很好地适应。

关键词：数控机床 仿真软件 数控加工

中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0199-02

数控加工技术在机械加工中应用的越来越广泛，大批数控机床操作人员的专业培训成为迫切而又难以解决的问题。在传统的数控培训和教学中都是采用在真实的机床上进行，学生在不熟练的情况下对机床进行操作存在很多的安全问题，误操作会导致设备、刀具的损坏，甚至发生人身伤害。数控机床的价格昂贵，添置数控机床是一批很大的投入，这时就需要一种新的方法来取代这种训练。

1 数控仿真软件的介绍

数控仿真软件实际是采用虚拟技术，它改变了过去人类除了亲身经历，就只能间接了解环境的模式。从而有效地扩展了自己的认知手段和领域。虚拟现实不仅仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具，它以视觉形式产生一个人性化的多维信息空间，为创建和体验虚拟加工提供了有利的支持。是我们在没有实际机床的情况下，也能验证程序是否正确。

1.1 采用数控仿真软件的优势

仿真软件采用的是虚拟技术，模拟加工，它可以模拟实际机床的加工环境及其工作状态的计算机仿真加工系统，只需要一台计算机安装软件即可。它采用虚拟的机床，虚拟的刀具，虚拟的工件进行加工。采用数控仿真软件可以大大降低实习教学的成本。模拟加工具有以下优势。