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三菱變頻器應用于數(shù)控機床

目前，三菱變頻器的眾多優(yōu)越性能，已經(jīng)廣泛運用于各大機床行業(yè)，我公司應用配備三菱變頻器系列的數(shù)控機床以后，大大減少了變速傳動齒輪的對數(shù)，降低噪音，提高主軸精度，有較強的適應各類產(chǎn)品及各種不同材質(zhì)加工時所需主軸速度配給的特性。并且可以方便實現(xiàn)數(shù)控，且其成本大大低于同類由直流調(diào)速組成的數(shù)控系統(tǒng)。
以下主要講述了三菱變頻器在數(shù)控機床中的應用，三菱變頻器因其性能優(yōu)越被廣泛地應用在現(xiàn)代工業(yè)領域中，特別是它的矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等，為數(shù)控機床的控制提供了傳動的最佳解決方案，從而提高了數(shù)控機床的整機性能。
1  引言
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器的無級調(diào)速，軟啟動，恒轉(zhuǎn)矩輸出極大的滿足了機械加工設備對恒速度，恒轉(zhuǎn)矩的要求。數(shù)控機床無級變速系統(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。通過傳動帶帶動主軸旋轉(zhuǎn)，或通過傳動帶和主軸箱內(nèi)的減速齒輪(以獲得更大的轉(zhuǎn)矩)帶動主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機調(diào)速范圍廣，又可無級調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡化。目前由于變頻器的高性價比，所以變頻器在車床上使用非常普遍。機床設備對電控系統(tǒng)的要求是:調(diào)速范圍寬(要求在100:1以上);速度控制精度高(在整個調(diào)速范圍，起制動及運行過程要求運行穩(wěn)定);定位準確(當下件快速進給后定位時間短、定位行程小，從而可提高加工效率)。
2  三菱變頻器的具體特性和參數(shù)設置
變頻調(diào)速器在機床行業(yè)應用必須有兩個重要考慮:選用無速度傳感器矢量控制的產(chǎn)品，二是要設計在超速運轉(zhuǎn)以提高低速轉(zhuǎn)矩。
(1)選用三菱系列高性能變頻器，通過菜單參數(shù)的精心配置和頗費心思的選取，能夠使電控系統(tǒng)用簡練的設計來實現(xiàn)靈活多樣，復雜而巧妙的控制。三菱變頻器編程方式靈活，用于數(shù)控機床電控系統(tǒng)，具有以下獨特的優(yōu)點:
l起動、停止平穩(wěn)，無級調(diào)速，調(diào)速范圍大;
l工作可靠，能長期連續(xù)穩(wěn)定運行;
l操作簡單方便，維護量小;
l輸出特性能滿足數(shù)控機床電機的要求。
(2)采用先進的磁通矢量控制。由于采用了精簡指令集計算機RISC微處理芯片，使之具有全新的在線自動調(diào)整功能，使電機在不影響啟動速度的情況下迅速得到調(diào)整，從而在不安裝編碼器反饋PLG板低速運行時，達到高精度運行和高轉(zhuǎn)矩輸出。
(3)具有多段速度選擇功能:三菱變頻器外部端子調(diào)速可分為模擬量調(diào)速和多段速調(diào)速。模擬量調(diào)速可用電壓DC 0-10V或電流DC 4-20mA，進行無級調(diào)速。而多段速則采用外部輸入端子SD、STF、STR、RL、RM、RH，進行三段速調(diào)速。它有高速RH、中速RM、低速RL、第二加/減速時間選擇RT、漏型公共輸入端SD等端子，SD是輸入公共端，STF是啟動正轉(zhuǎn)信號，STR是啟動反轉(zhuǎn)信號。通過參數(shù)設置可以把變頻器為低速運行，中速運行，高速運行?？梢酝ㄟ^PLC的輸出點直接控制輸入端子的ON/OFF狀態(tài)來實現(xiàn)變頻器速度的上升、下降和精確停車。每檔速度的大小可由變頻器功能預置來設定,也可以通過模擬量調(diào)速，三菱變頻器的多段速調(diào)速比模擬量調(diào)速有較高優(yōu)先級。我公司數(shù)控車床用0～10V DC模擬電壓作為給定量，進行開環(huán)調(diào)速。
(4) 運用了三菱首創(chuàng)“柔性脈寬調(diào)制”(Soft-PWM)開關(guān)方式，實現(xiàn)更低噪音運行，并能減少對外射頻干擾，有利于鄰近的PLC、旋轉(zhuǎn)編碼器的可靠運行。
(5)調(diào)速范圍:1:120(0.5Hz-60Hz運行時)，采用自動調(diào)整后，可以在不同品牌的電機上實現(xiàn)高精度運行。11kW以下的規(guī)格型號內(nèi)置制動單元，外配制動電阻即可實行直流制動(能耗制動)，實現(xiàn)快速停車。
(6)主要調(diào)試參數(shù)
參數(shù)號PR     設定值     用途
Pr-0     6%     電機轉(zhuǎn)矩調(diào)整
Pr-1     100.00Hz     上限頻率
Pr-2     0Hz     下限頻率
Pr-7     2.0~3.0S     加速時間
Pr-8     2.0~3.0S     減速時間
Pr-10     3Hz     直流制動頻率
Pr-11     0.5S     直流制動時間
Pr-14     0     適用負荷選擇
Pr-17     0     MRS動作選擇
Pr-79     0     操作模式選擇
Pr-903     50     頻率設定電壓增益
電機參數(shù)根據(jù)不同數(shù)控機床的電機銘牌輸入，進行完整調(diào)諧。矢量參數(shù)為出廠默認值即可。
3  系統(tǒng)設計的注意事項
(1)低速時的散熱情況:因電動機為自冷風扇方式散熱冷卻，低速時散熱條件變差，而負載轉(zhuǎn)矩較大，電動機溫度會增加，因此最低轉(zhuǎn)速的設定以電動機表面溫差不超過容許值為依據(jù)。
(2)變頻調(diào)速時因變頻器輸出含有高次諧波，會在電動機中產(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雜訊。     
(3) 變頻器的重要參數(shù)設定項目如最高頻率，失速等主要參數(shù)必須鎖定。嚴防無關(guān)人員修改后發(fā)生事故。
(4)在機床行業(yè)的應用中,起動時的抖動問題是一項重要的性能指標，所以我們必須通過良好的參數(shù)設定，防止機床抖動問題發(fā)生。
4  結(jié)束語
在現(xiàn)代化人機接口系統(tǒng)中,三菱系列變頻器還可以通過PU通訊接口和計算機及多臺變頻器進行連接，實施數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)，極大方便了數(shù)控機床網(wǎng)絡化的發(fā)展。通過實踐證明，無論從空載電流，低速力矩，還是速度的變化，三菱變頻器的使用效果都是非常明顯的，完全能夠滿足數(shù)控機床的需求。