引言 數(shù)字控制機床，簡稱數(shù)控機床（NC ， Numerical Control）,是三十年來綜合應用集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術為一體的機電一體化產(chǎn)品，在現(xiàn)代機床生產(chǎn)中，一般采用多電機拖動，主軸和各進給系統(tǒng)分別由各自的電機來拖動。由于機床加工范圍較廣，不同的工件，不同的工序，使用不同的刀具，要求機床執(zhí)行部件具有不同的運動速度，因此機床的主運動應能進行調(diào)速，主軸調(diào)速系統(tǒng)一般采用交流主軸系統(tǒng)，隨著變頻調(diào)速技術的發(fā)展，數(shù)控機床的主軸的交流拖動，同樣能夠很好滿足需要。主驅(qū)動電機通過皮帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)，或通過皮帶傳動和主軸箱內(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。 █ 數(shù)控機床對應用技術的要求 1、電機要求 通常要求用變頻電機，或者普通電機加風扇以滿足電機在低頻的散熱要求、并且要求電機調(diào)速范圍廣。 2、變頻器的技術要求 1）要求低頻力矩大 選用矢量變頻器，低頻時（1～10Hz）能出來150%額定轉(zhuǎn)矩。 2）轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應速度快，穩(wěn)速精度高 選用矢量變頻器，能實現(xiàn)很好的動態(tài)響應效果，依據(jù)負載的變化，通過輸出轉(zhuǎn)矩的變化很快做出響應，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸速度的穩(wěn)定。 3）減速停車速度快 通常數(shù)控機床的加減速時間都是比較短的，加速時間靠變頻器的性能保證，減速時間則依靠外加制動電阻或制動單元。 4）進行電機參數(shù)自學習 選用矢量變頻器后，要達到很好的控制性能通常都需要對電機進行參數(shù)自學習，其目的是獲取準確的電機內(nèi)部參數(shù)，以用于矢量控制計算。參數(shù)自學習所需要的電機銘牌參數(shù)有：電機額定功率、電機額定頻率、電機額定轉(zhuǎn)速、電機額定電壓、電機額定電流。有的變頻電機的銘牌上可能沒標額定轉(zhuǎn)速值，可以根據(jù)經(jīng)驗值估計一下額定轉(zhuǎn)速。在進行參數(shù)自學習時，務必要在空載（電機軸上不接負載）的時候進行。只有在空載的時候才能保證自學習出來的電機參數(shù)的準確性。 如果現(xiàn)場條件沒辦法進行空載運行，可以考慮用變頻器出廠的電機參數(shù)試運行。 5）頻率指令和運行指令 數(shù)控機床上使用的變頻器其頻率指令和運行指令都來源于CNC控制器，一般給定的的通道有兩種，一種是模擬量給定，另一種是多段速給定，或者兩者同時給定，以多段速優(yōu)先。模擬量給定以電壓型模擬量為主，也有電流型的。變頻器對這兩種類型的模擬量都可以采集。 3、抗干擾問題 變頻器在出廠的時候作了很好的抗干擾試驗，具有很強的抗干擾能力，但變頻器同時也是一個干擾源，在使用中很難避免不對其它設備進行干擾，在數(shù)控機床上最容易被干擾的設備是CNC控制器。一旦CNC控制器受干擾后，系統(tǒng)將不能正常工作。特別是變頻器的頻率指令和運行指令也可能會受到干擾，干擾嚴重的會造成頻率指令不穩(wěn)定，變頻器誤動作等。解決此類問題的辦法是在變頻器的輸出線上加磁環(huán)以減少高頻輻射。一般進口的CNC的抗干擾能力較強。 下面以ECOM系列高性能矢量變頻器在沈陽某數(shù)控機床廠的應用為例，講述數(shù)控機床的變頻調(diào)速控制技術。 █ 系統(tǒng)構(gòu)成 EACON變頻器 制動電阻100Ω/520W 5.5KW調(diào)速電機 CNC數(shù)控系統(tǒng) █ 變頻器及數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù) 主要的參數(shù)和性能指標： 5.5kW數(shù)控車床，電動機參數(shù)： 額定功率：5.5kW， 額定頻率：50Hz, 額定電壓：380V， 額定電流：11A， 額定轉(zhuǎn)速：1440r/min 機械傳動比：1：1.5 加工材料：45#鋼 實際測試性能指標：（進刀性能及速度） 1、主軸轉(zhuǎn)速：200r/min（變頻器運行頻率9～10Hz） 2、主軸轉(zhuǎn)速：450r/min（變頻器運行頻率22Hz左右） 變頻器接線原理圖 █ EC3000系列變頻器的特點 EC3000系列高性能矢量變頻器采用先進磁通控制技術，電機在低速時轉(zhuǎn)矩大，速度精度高，價格合理，功能齊全，具有瞬停電處理及速度跟蹤再啟動功能，確保系統(tǒng)實現(xiàn)連續(xù)運行機制，以保證電機運轉(zhuǎn)在最高效率狀態(tài)，因此，采用EC3000系列高性能矢量變頻器代替主軸交流伺服系統(tǒng)，是機床行業(yè)最佳的選擇。EC3000系列變頻器具有以下特點 （1）采用先進的磁通控制算法，實現(xiàn)了真正的無速度傳感器矢量控制，在控制性能上比傳統(tǒng)的V/F控制方式有很大的改善。 （2）起動轉(zhuǎn)矩大，0.5Hz/150%,0Hz/180% （3）載波頻率范圍0～15KHz；可根據(jù)溫度和負載的特性自適應調(diào)整 （4）提供標準的0～10V模擬量接口，能夠與大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)接口兼容，通用性強 （5）過負載能力強，150%額定輸出電流一分鐘； （6）提供多功能的輸出端子信號，例如故障輸出信號，運行中信號，速度到達等輸出信號，能夠很好的滿足系統(tǒng)對于主軸速度狀態(tài)的監(jiān)控； █ 調(diào)試結(jié)果 事實證明采用EC3000系列高性能矢量變頻器完全能夠滿足機床主軸控制的要求。ECOM采用的領先的磁通算法，即使在低轉(zhuǎn)速（低頻）運行下也能平穩(wěn)輸出150%的轉(zhuǎn)矩，以滿足不同零件的加工需要，完全可以取代傳統(tǒng)的滾動軸承主軸結(jié)構(gòu)，并且此主軸結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、可以實現(xiàn)真正的無級調(diào)速。此主軸的轉(zhuǎn)速由外部模擬量信號來控制輸出頻率，在不同的加工工藝（如；粗加工、精加工等）需要不同的轉(zhuǎn)速，此時可由數(shù)控系統(tǒng)輸出不同的模擬量電壓信號給變頻器，實現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速，同時啟停信號也由數(shù)控系統(tǒng)控制，提高了自動化程度、延長了刀具的使用壽命。 █ 結(jié)束語 數(shù)控機床主軸一般交流伺服系統(tǒng)、進口品牌矢量控制變頻器以及變頻專用電機，購置費用很高；EC3000系列變頻器以其獨特的性能（啟動電流小、調(diào)速平滑、調(diào)速范圍大、節(jié)能環(huán)保、運行穩(wěn)定、精度高、低頻轉(zhuǎn)矩大、保護功能齊全、可靠性高、操作維護簡便等）和優(yōu)越的性價比，在數(shù)控機床的應用上迅速崛起。 █ 參考文獻 1.《實用數(shù)控技術叢書》 2.《EC3000系列矢量變頻器操作手冊》