變頻器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

1    引言

      在機(jī)械制造業(yè)中，用普通機(jī)床加工復(fù)雜的零部件或具有較高精確度的批量產(chǎn)品時(shí)，需要熟練的技術(shù)工人手工操作來完成，這種效率低下的傳統(tǒng)加工方式已無法滿足現(xiàn)代制造業(yè)的需求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，先進(jìn)的加工中心和數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生，逐漸成為主流的工具機(jī)床。日立公司生產(chǎn)的SJ系列無速度傳感器矢量型變頻器以其獨(dú)特的性能和優(yōu)越的性價(jià)比，在加工中心和數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用迅速崛起，現(xiàn)以華中世紀(jì)星HNC-21數(shù)控系統(tǒng)為例，對日立變頻器的配置、系統(tǒng)聯(lián)接、機(jī)械性能等實(shí)際應(yīng)用研究介紹如下。

2    數(shù)控機(jī)床的變頻器配置

      在機(jī)床的調(diào)速系統(tǒng)中，傳統(tǒng)復(fù)雜的齒輪箱式分級調(diào)速方式，在數(shù)控機(jī)床中得到極大的改進(jìn)，采用更為先進(jìn)的變頻無級調(diào)速方式。對于1.5kW三相交流電動(dòng)機(jī)，選配日立無速度傳感器矢量控制SJ100系列和日立工程型無速度傳感器矢量控制SJ300系列022HFE變頻器，能獲得高達(dá)200%的高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)在線和離線電機(jī)參數(shù)自動(dòng)識別，低速時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)大幅度減小，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確度。與華中數(shù)控世紀(jì)星HNC-21組成的數(shù)控系統(tǒng)，采用內(nèi)置式PLC，總線I/O結(jié)構(gòu)，由Y[28]和Y[29]帶符號位雙字節(jié)數(shù)字量D/A轉(zhuǎn)換，形成變頻主軸的頻率命令，采用MDI編程設(shè)定，使調(diào)試和參數(shù)匹配更易于實(shí)現(xiàn)。

3    數(shù)控機(jī)床的變頻器聯(lián)接

      日立變頻器與華中世紀(jì)星HNC-21數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)接如附圖所示。

附圖 日立變頻器與華中世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)接圖 

      日立變頻器提供了控制變頻器頻率輸出值的模擬輸入端口。模擬輸入端子組包括位于控制連接器上的[L]、[OI]、[O]和[H]等端子，其中[O]用于輸入電壓，[OI]用于輸入電流。所有的模擬輸入信號必須使用模擬地[L]。

      日立變頻器與華中世紀(jì)星HNC-21數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)接時(shí)，需要使用[O]和[L]端子作為變頻器的頻率命令的輸入信號。對于變頻器的邏輯控制連接，根據(jù)數(shù)控機(jī)床的工藝要求，采用獨(dú)立的邏輯輸入端子1和端子2作為變頻主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止信號，[P24]端子為邏輯輸入提供+24V直流電源，最大電流為300mA。實(shí)際使用中，注意[P24]端子禁止與[L]端子短路。

      日立變頻器與華中世紀(jì)星HNC-21數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)接后，檢查其正確性，同時(shí)對變頻器的基本參數(shù)和擴(kuò)展參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并核查。其中頻率命令參數(shù)A01設(shè)置為01，選擇端子控制；運(yùn)行命令參數(shù)A02設(shè)置為01，亦選擇端子控制。加速曲線F02設(shè)置為3s，減速曲線F03設(shè)置為3s?；l參數(shù)A03設(shè)置為50Hz，最大頻率參數(shù)A04設(shè)置為200Hz，完成日立變頻器與華中世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)接和相關(guān)設(shè)置后，進(jìn)入系統(tǒng)聯(lián)機(jī)測試。

4    數(shù)控機(jī)床的機(jī)械性能

      日立變頻器用于數(shù)控機(jī)床主軸調(diào)速系統(tǒng)，在聯(lián)機(jī)過程中經(jīng)過空載試運(yùn)行和加載試驗(yàn)，滿足數(shù)控機(jī)床的控制要求，測試數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

表1      在空載情況下啟動(dòng)電機(jī)測定變頻器的相關(guān)值

表2      加上額定負(fù)載時(shí)所測的相關(guān)值

      經(jīng)聯(lián)機(jī)測試數(shù)據(jù)顯示，日立無速度傳感器矢量控制變頻器具有良好的調(diào)速性能，且性價(jià)比高，滿足數(shù)控機(jī)床的機(jī)械特性要求。在2004年初由教育部職業(yè)教育與成人教育司、中國工業(yè)機(jī)械聯(lián)合會(huì)和國防科工委聯(lián)合召開的“關(guān)于開展中等職業(yè)學(xué)校數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)領(lǐng)域培訓(xùn)”會(huì)議上，以及由教育部高等教育司召開的“關(guān)于舉辦高等職業(yè)院校數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)領(lǐng)域?qū)嵤┲圃鞓I(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)技術(shù)型緊缺人才培養(yǎng)培訓(xùn)工程”會(huì)議上得到了廣泛的推廣應(yīng)用。

5    結(jié)束語

      日立變頻器在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用實(shí)踐中，顯示了良好的低速轉(zhuǎn)矩特性，與CNC的匹配具有良好的線性度，編程靈活方便，應(yīng)用前景廣闊。