1 引言

    數(shù)字控制機床簡稱數(shù)控機床，數(shù)控機床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機床產(chǎn)量和總擁有量的百分比，是衡量一個國家國民經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。

    主軸是車床構(gòu)成中一個重要的部分，對于提高加工效率，擴大加工材料范圍，提升加工質(zhì)量有著重要的作用。目前，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。由于主軸電機調(diào)速范圍廣，又可無級調(diào)速，使主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡化。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。微能WIN-V63系列變頻器以其獨特的性能和優(yōu)越的性價比，在數(shù)控機床的應(yīng)用方面迅速崛起。

2數(shù)控機床對變頻技術(shù)要求

    近幾年來，變頻器在數(shù)控機床上得到了廣泛的應(yīng)用，其中對變頻器技術(shù)要求如下：

2.1：快速加減速

    通常數(shù)控機床的加減速時間要求比較短，一般在1~2S左右，需要外接制動電阻

2.2：頻率指令和運行指令

    一般數(shù)控機床控制運行命令來自端子給定，頻率給定指令來自模擬量，要求變頻器具有較高的模擬量線性度。

2.3：動態(tài)響應(yīng)速度快，穩(wěn)態(tài)精度高

    選用矢量控制型變頻器，一般動態(tài)響應(yīng)速度較快，同時能夠根據(jù)負(fù)載自動調(diào)整速度。

2.4：低頻力矩大

    要求1~2HZ能夠達(dá)到150%額定轉(zhuǎn)矩以上。

3深圳微能WIN-V63矢量控制變頻器介紹

    WIN-V63系列矢量控制通用變頻器是深圳市微能科技有限公司研制的新一代矢量控制變頻器，低速轉(zhuǎn)矩能力強，控制精度高，超靜音運行控制。內(nèi)置過程PI、簡易PLC、擺頻運行、16段多段速運行，靈活的輸入輸出端子，多種頻率給定設(shè)計等功能模塊，把通用需求和行業(yè)用戶的個性化需求有機地結(jié)合起來，提供了高集成的一體化解決方案。先進的設(shè)計保證了很高的電網(wǎng)和環(huán)境適應(yīng)能力，可靠性高，先進的設(shè)計理念使操作變得簡單方便。

    WIN-V63系列變頻器能滿足數(shù)控機床對主傳動系統(tǒng)無級變速的需求，其主要特點是：體積小，屬于“迷你”型產(chǎn)品，占用控制柜空間較??；特別是在低速轉(zhuǎn)矩上滿足機床主軸的需求，0.5HZ時起動轉(zhuǎn)矩能夠達(dá)到180%以上；載波頻率范圍1-16kHz，有效的減小了主軸系統(tǒng)的嘯叫音；提供兩路標(biāo)準(zhǔn)的0-10V模擬量接口（AI1電壓0-10V，AI2電壓/電流可選0-10V/0-20mA DC），能夠與大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)接口兼容，通用性強；過負(fù)載能力強，150%以上額定輸出電流超過2分鐘；提供多功能的輸出端子信號，例如零速信號，運轉(zhuǎn)中信號，速度到達(dá)信號，故障指示，滿足系統(tǒng)對于主軸速度狀態(tài)的監(jiān)控；自動轉(zhuǎn)矩補償，滿足機床主軸在低速情況下的加工需求；標(biāo)配RS485通訊接口，MODBUS通訊協(xié)議，附有專用PC機調(diào)試軟件；靜止和旋轉(zhuǎn)兩種電機參數(shù)自動整定功能，在線識別電機參數(shù)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性。具有瞬停不停功能，有效的避免了電壓波動帶來的干擾。

4 V63矢量控制變頻器在機床主軸上的應(yīng)用

4.1）微能變頻器選型

    針對機床電主軸的應(yīng)用特點，采用微能科技研發(fā)生產(chǎn)的WIN-V63系列變頻器，用變頻器的功率基本上是2.2KW、3.7KW、5.5KW、7.5KW、11KW、15KW、18.5KW。機床電主軸應(yīng)用，加減速都要求快速，一定要使用能耗制動功能，WIN-V63系列45KW及其以下功率都內(nèi)置制動單元，無需再外配制動單元，制動電阻可以按照下面選取。

4.2）變頻器配線

變頻器配線如下圖所示：

    其中X1,X2分別設(shè)定為端子急停輸入、外部故障復(fù)位命令， FWD，REV外接控制器命令端子，AI1作為頻率給定通道?？删幊汤^電器常作為故障繼電器輸出給控制器。

4.3）WIN-V63變頻器調(diào)試

1）根據(jù)電機銘牌，設(shè)置正確的電機參數(shù)到V63變頻器的P3組,

    卸掉電機負(fù)載，按變頻器JOG鍵點動運行，確認(rèn)電機旋轉(zhuǎn)方向后立即停機，如方向相反，則重新交換U、V和W三相中任意兩相的接線，設(shè)置P3.05=2，按RUN鍵進行電機參數(shù)自整定，整定結(jié)束后獲得的電機參數(shù)自動存儲到P3.06~P3.11中。

4.4）設(shè)置參數(shù)

WIN-V63變頻器主要參數(shù)設(shè)定如下：

4.5）調(diào)試效果

    本次應(yīng)用的機床系統(tǒng)采用法納克數(shù)控系統(tǒng)，變頻器控制參數(shù)參照上表，在機床空載（不加工零件時），在額定轉(zhuǎn)速下1500轉(zhuǎn)條件下，實際轉(zhuǎn)速波動在1499~1500轉(zhuǎn)，在30轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速條件下，實際轉(zhuǎn)速波動28~31轉(zhuǎn)。在機床加工零件時（實際轉(zhuǎn)矩相當(dāng)于60%電機額定轉(zhuǎn)矩），切削動態(tài)瞬間轉(zhuǎn)速跌落，經(jīng)過矢量控制速度環(huán)條件下，轉(zhuǎn)速迅速恢復(fù)到給定轉(zhuǎn)速附近，在額定轉(zhuǎn)速下，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速在1498~1501轉(zhuǎn)，在30轉(zhuǎn)設(shè)定轉(zhuǎn)速條件下，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速在29~32轉(zhuǎn)。速度環(huán)參數(shù)選為默認(rèn)參數(shù)，適當(dāng)提高速度環(huán)參數(shù)，可以保證在切削瞬間轉(zhuǎn)速跌落更小。

4.6)調(diào)試技巧

1：由于數(shù)控機床對于減速要求很快，所以需要將過壓失速功能關(guān)閉，同時需要合理設(shè)置制動電壓點。

2：數(shù)控機床在停機時刻上一般維持上次模擬量給定，當(dāng)給出運行命令時，模擬量才變化，所以變頻器參數(shù)模擬量濾波參數(shù)不能大，否則會產(chǎn)生滯后作用。

3： 由于加減速時間短，加減速過程電流較大，所以需要將過流失速功能關(guān)閉，否則加減速時速度曲線不能按照給定曲線運行。

5：結(jié)語

       WIN-V63矢量控制變頻器已經(jīng)成功應(yīng)用在數(shù)控機床驅(qū)動控制領(lǐng)域，其優(yōu)越的性能（低頻轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，穩(wěn)態(tài)精度高，加減速快，操作靈活方便，功能保護全）以及高可靠性得到了充分的驗證，完全滿足數(shù)控機床主軸控制。

作者簡介：

第一作者：張敏

寶雞機床集團組合機床廠   副廠長  中級技術(shù)職稱（工程師）

第二作者：程倩

寶雞機床集團組合機床廠，電氣技術(shù)員

1994年 畢業(yè)于西安地質(zhì)學(xué)院應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)

第三作者：鄭偉

深圳市微能科技有限公司 研究開發(fā)部工程師，中級技術(shù)職稱

2005年  畢業(yè)于西安交通大學(xué)工業(yè)電氣自動化專業(yè)

2003年至今  從事變頻器研究開發(fā)工作