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三菱變頻器應用于數控機床

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控機床以后，大大減少了變速傳動(dòng)齒輪的對數，降低噪音，提高主軸精度，有較強的適應各類(lèi)產(chǎn)品及各種不同材質(zhì)加工時(shí)所需主軸速度配給的特性。并且可以方便實(shí)現數控，且其成本大大低于同類(lèi)由直流調速組成的數控系統。
以下主要講述了三菱變頻器在數控機床中的應用，三菱變頻器因其性能優(yōu)越被廣泛地應用在現代工業(yè)領(lǐng)域中，特別是它的矢量控制、直接轉矩控制等，為數控機床的控制提供了傳動(dòng)的最佳解決方案，從而提高了數控機床的整機性能。
1  引言
隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器的無(wú)級調速，軟啟動(dòng)，恒轉矩輸出極大的滿(mǎn)足了機械加工設備對恒速度，恒轉矩的要求。數控機床無(wú)級變速系統主要有變頻主軸系統和伺服主軸系統兩種，一般采用直流或交流主軸電機。通過(guò)傳動(dòng)帶帶動(dòng)主軸旋轉，或通過(guò)傳動(dòng)帶和主軸箱內的減速齒輪(以獲得更大的轉矩)帶動(dòng)主軸旋轉。由于主軸電機調速范圍廣，又可無(wú)級調速，使得主軸箱的結構大為簡(jiǎn)化。目前由于變頻器的高性?xún)r(jià)比，所以變頻器在車(chē)床上使用非常普遍。機床設備對電控系統的要求是:調速范圍寬(要求在100:1以上);速度控制精度高(在整個(gè)調速范圍，起制動(dòng)及運行過(guò)程要求運行穩定);定位準確(當下件快速進(jìn)給后定位時(shí)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設置
變頻調速器在機床行業(yè)應用必須有兩個(gè)重要考慮:選用無(wú)速度傳感器矢量控制的產(chǎn)品，二是要設計在超速運轉以提高低速轉矩。
(1)選用三菱系列高性能變頻器，通過(guò)菜單參數的精心配置和頗費心思的選取，能夠使電控系統用簡(jiǎn)練的設計來(lái)實(shí)現靈活多樣，復雜而巧妙的控制。三菱變頻器編程方式靈活，用于數控機床電控系統，具有以下獨特的優(yōu)點(diǎn):
l起動(dòng)、停止平穩，無(wú)級調速，調速范圍大;
l工作可靠，能長(cháng)期連續穩定運行;
l操作簡(jiǎn)單方便，維護量小;
l輸出特性能滿(mǎn)足數控機床電機的要求。
(2)采用先進(jìn)的磁通矢量控制。由于采用了精簡(jiǎn)指令集計算機RISC微處理芯片，使之具有全新的在線(xiàn)自動(dòng)調整功能，使電機在不影響啟動(dòng)速度的情況下迅速得到調整，從而在不安裝編碼器反饋PLG板低速運行時(shí)，達到高精度運行和高轉矩輸出。
(3)具有多段速度選擇功能:三菱變頻器外部端子調速可分為模擬量調速和多段速調速。模擬量調速可用電壓DC 0-10V或電流DC 4-20mA，進(jìn)行無(wú)級調速。而多段速則采用外部輸入端子SD、STF、STR、RL、RM、RH，進(jìn)行三段速調速。它有高速RH、中速RM、低速RL、第二加/減速時(shí)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(dòng)正轉信號，STR是啟動(dòng)反轉信號。通過(guò)參數設置可以把變頻器為低速運行，中速運行，高速運行?？梢酝ㄟ^(guò)PLC的輸出點(diǎn)直接控制輸入端子的ON/OFF狀態(tài)來(lái)實(shí)現變頻器速度的上升、下降和精確停車(chē)。每檔速度的大小可由變頻器功能預置來(lái)設定,也可以通過(guò)模擬量調速，三菱變頻器的多段速調速比模擬量調速有較高優(yōu)先級。我公司數控車(chē)床用0～10V DC模擬電壓作為給定量，進(jìn)行開(kāi)環(huán)調速。
(4) 運用了三菱首創(chuàng )“柔性脈寬調制”(Soft-PWM)開(kāi)關(guān)方式，實(shí)現更低噪音運行，并能減少對外射頻干擾，有利于鄰近的PLC、旋轉編碼器的可靠運行。
(5)調速范圍:1:120(0.5Hz-60Hz運行時(shí))，采用自動(dòng)調整后，可以在不同品牌的電機上實(shí)現高精度運行。11kW以下的規格型號內置制動(dòng)單元，外配制動(dòng)電阻即可實(shí)行直流制動(dòng)(能耗制動(dòng))，實(shí)現快速停車(chē)。
(6)主要調試參數
參數號PR     設定值     用途
Pr-0     6%     電機轉矩調整
Pr-1     100.00Hz     上限頻率
Pr-2     0Hz     下限頻率
Pr-7     2.0~3.0S     加速時(shí)間
Pr-8     2.0~3.0S     減速時(shí)間
Pr-10     3Hz     直流制動(dòng)頻率
Pr-11     0.5S     直流制動(dòng)時(shí)間
Pr-14     0     適用負荷選擇
Pr-17     0     MRS動(dòng)作選擇
Pr-79     0     操作模式選擇
Pr-903     50     頻率設定電壓增益
電機參數根據不同數控機床的電機銘牌輸入，進(jìn)行完整調諧。矢量參數為出廠(chǎng)默認值即可。
3  系統設計的注意事項
(1)低速時(shí)的散熱情況:因電動(dòng)機為自冷風(fēng)扇方式散熱冷卻，低速時(shí)散熱條件變差，而負載轉矩較大，電動(dòng)機溫度會(huì )增加，因此最低轉速的設定以電動(dòng)機表面溫差不超過(guò)容許值為依據。
(2)變頻調速時(shí)因變頻器輸出含有高次諧波，會(huì )在電動(dòng)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) 變頻器的重要參數設定項目如最高頻率，失速等主要參數必須鎖定。嚴防無(wú)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(dòng)時(shí)的抖動(dòng)問(wèn)題是一項重要的性能指標，所以我們必須通過(guò)良好的參數設定，防止機床抖動(dòng)問(wèn)題發(fā)生。
4  結束語(yǔ)
在現代化人機接口系統中,三菱系列變頻器還可以通過(guò)PU通訊接口和計算機及多臺變頻器進(jìn)行連接，實(shí)施數控機床聯(lián)網(wǎng)，極大方便了數控機床網(wǎng)絡(luò )化的發(fā)展。通過(guò)實(shí)踐證明，無(wú)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(mǎn)足數控機床的需求。