变频器在数控车床上的应用

优胜编程龚老师

变频器在数控车床上的应用

1. 引言
目前国内数控机床主轴伺服系统主要采用直流伺服系统，而部分采用交流调速的主轴伺服系统则全部依靠进口，价格昂贵，其它异步机交流传动系统尽大多数也采用进口变频器，这不但使国家损失大量外汇，而且严重制约了我国电力电子领域高新技术产业的形成和发展。
国产变频器大多采用V/F控制，由于转速精度受转差率及负载的影响，无法精确控制电动机的实际转速，存在着控制精度低、动态性能差、故障率高、控制功能少等缺点，而且进步定子电压的补偿难以完全与负载匹配，低速转矩不足。因此V/F控制变频器尤其不适用于诸如数控机床主轴、伺服等要求高精度、快响应的传动机械。
　　本文主要介绍科姆龙KV2000无速度传感器矢量变频器独特的性能和优越的性价比，以及在数控机床上的成功应用。

2. 数控机床简介

数控机床是三十年来综合应用集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品，在机械制造设备中具有灵活、通用、高精度、高效率的“柔性”自动化生产设备，它将加工过程所需各种操纵和步骤以及工件的外形尺寸，用数字化代码，通过控制介质送进数控装置，数控装置对输进的信息进行处理与运算，指令控制机床系统与驱动元件，自动加工出所需要的工件。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比，是衡量一个国家国民经济发展和产业制造整体水平的重要标志之一。近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。

3. 科姆龙无感矢量变频器特点的介绍

KV2000系列变频器采用先进的无速度传感器矢量控制技术，电机在低速时转矩大，具有零伺服功能，运行频率在0Hz时具有100%的转矩输出，且速度精度高，价格公道，功能齐全，能够自动侦测电机动态运转的参数并做出相应调整，以保证电机运转在最高效率状态，因此，无速度传感器矢量变频器可以代替交流伺服系统，是机床行业最佳的选择。对客户来说由于变频器的高性价比，所以变频器在车床上使用非常普遍。







1) 工艺先进，结构紧凑，产品外观美丽大方；
　　2) 控制方式为无速度反馈矢量控制，控制性能较以前的VF控制方式有很大幅度的改善，特别是在低速转矩上满足机床主轴的需求，0.5HZ时起动转矩能够达到150%以上；
　　3) 载波频率范围0～16.9KHz，确保电机高静音运行；
　　4) 功率范围0.75kw～500kw，输出频率范围0.0～650.0Hz，适合高速数控机床的应用领域；
　　5) 提供标准的0～10V模拟量接口（输进阻抗300Kohm），能够与大多数数控系统接口兼容，通用性强；

4. 调试环境以及接线、调试方法

1) 3.7kW数控车床
　　电动机参数：
　　额定功率：3.7kW，额定频率：50Hz, 额定电压：380V，额定电流：8.6A，额定转速：970r/min
　　机械传动比：1：1.5
　　加工材料：45#钢
　　实际测试性能指标：主轴转速：200r/min（变频器运行频率15Hz左右）, 进刀速度：50mm/min, 单边进刀量：2.5mm，运行的效果很好，实际的进刀速度和单边进刀量还可以加大。



2) 5.5kW数控车床
　　电动机参数：额定功率：5.5kW，额定频率：50Hz, 额定电压：380V，额定电流：13A，额定转速：1400r/min
　　机械传动比：1：1.5  加工材料：45#钢
　　实际测试性能指标：主轴转速：200r/min（变频器运行频率9～10Hz）, 进刀速度：60mm/min, 单边进刀量：2mm；主轴转速：450r/min（变频器运行频率22Hz左右）, 进刀速度：60mm/min, 单边进刀量：4mm，运行的效果很好，实际的进刀速度和单边进刀量还可以加大。
　　客户选配电机为3.7KW/50Hz/380V，选用变频器型号为KV2000-G0037C-4T，制动电阻1000瓦/100欧姆。





变频器V1/GND端子提供与数控系统速度模拟量，V1接数控系统模拟量接口正信号，GND接负信号，信号为0～10V模拟电压信号，控制主轴转速。FWD/REV/COM为变频器的正转/反转信号端子，通常由数控系统发出正转信号FWD或者反转REV，来驱动中间继电器，中间继电器的常开接点接进变频器FWD/ COM或者　　REV/COM，从而控制变频器的正反转。参数设置如下：
　　1) F001和F002为加速时间和减速时间，根据客户的要求，F001=2S，F002=1S；
　　2) F010和F011按照电机铭牌设置，F010=50Hz，F011=100；
　　3) F015上限操纵频率选择，对应于模拟信号10V输进时变频器的输出频率，由于是在0～3500rpm范围内调速，将机械减速比这算进往以后，此参数需要设置为150Hz；
　　4) F039参数为运转信号来源设定，设置为外部端子信号控制，F039=2.0；
　　5) F040参数为选择主频率输进设定来源，设置为模拟信号0～10V输进，F040=1.0，即CNC模拟输出信号；
　　6) F067为控制方式的选择，需要选择矢量控制，F067=3，即变频器运行于无速度传感器矢量控制演算系统，提供额外的转矩补偿电压，除了增加电机低速运行转矩之外，并且可以补偿负载增加造成的滑差。

5. 结束语

数控机床主轴一般交流伺服系统、进口品牌矢量控制变频器以及变频专用电机组成，购置用度很高；科姆龙KV2000系列变频器以其独特的性能和优越的性价比，在数控机床的应用上迅速崛起，成为目前市场上一支强大的新气力，为机床行业的客户降低约一倍的本钱用度，而且信赖度高,为客户创造更多的效益。