三菱變頻器應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床

目前，三菱變頻器的眾多優(yōu)越性能，已經(jīng)廣泛運(yùn)用于各大機(jī)床行業(yè)，我公司應(yīng)用配備三菱變頻器系列的數(shù)控機(jī)床以后，大大減少了變速傳動(dòng)齒輪的對數(shù)，降低噪音，提高主軸精度，有較強(qiáng)的適應(yīng)各類產(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(xiàn)數(shù)控，且其成本大大低于同類由直流調(diào)速組成的數(shù)控系統(tǒng)。
以下主要講述了三菱變頻器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用，三菱變頻器因其性能優(yōu)越被廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中，特別是它的矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等，為數(shù)控機(jī)床的控制提供了傳動(dòng)的最佳解決方案，從而提高了數(shù)控機(jī)床的整機(jī)性能。
1  引言
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器的無級調(diào)速，軟啟動(dòng)，恒轉(zhuǎn)矩輸出極大的滿足了機(jī)械加工設(shè)備對恒速度，恒轉(zhuǎn)矩的要求。數(shù)控機(jī)床無級變速系統(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(jī)。通過傳動(dòng)帶帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，或通過傳動(dòng)帶和主軸箱內(nèi)的減速齒輪(以獲得更大的轉(zhuǎn)矩)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機(jī)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。目前由于變頻器的高性價(jià)比，所以變頻器在車床上使用非常普遍。機(jī)床設(shè)備對電控系統(tǒng)的要求是:調(diào)速范圍寬(要求在100:1以上);速度控制精度高(在整個(gè)調(diào)速范圍，起制動(dòng)及運(yùn)行過程要求運(yùn)行穩(wěn)定);定位準(zhǔn)確(當(dāng)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(shù)設(shè)置
變頻調(diào)速器在機(jī)床行業(yè)應(yīng)用必須有兩個(gè)重要考慮:選用無速度傳感器矢量控制的產(chǎn)品，二是要設(shè)計(jì)在超速運(yùn)轉(zhuǎn)以提高低速轉(zhuǎn)矩。
(1)選用三菱系列高性能變頻器，通過菜單參數(shù)的精心配置和頗費(fèi)心思的選取，能夠使電控系統(tǒng)用簡練的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)靈活多樣，復(fù)雜而巧妙的控制。三菱變頻器編程方式靈活，用于數(shù)控機(jī)床電控系統(tǒng)，具有以下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):
l起動(dòng)、停止平穩(wěn)，無級調(diào)速，調(diào)速范圍大;
l工作可靠，能長期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行;
l操作簡單方便，維護(hù)量小;
l輸出特性能滿足數(shù)控機(jī)床電機(jī)的要求。
(2)采用先進(jìn)的磁通矢量控制。由于采用了精簡指令集計(jì)算機(jī)RISC微處理芯片，使之具有全新的在線自動(dòng)調(diào)整功能，使電機(jī)在不影響啟動(dòng)速度的情況下迅速得到調(diào)整，從而在不安裝編碼器反饋PLG板低速運(yùn)行時(shí)，達(dá)到高精度運(yùn)行和高轉(zhuǎn)矩輸出。
(3)具有多段速度選擇功能:三菱變頻器外部端子調(diào)速可分為模擬量調(diào)速和多段速調(diào)速。模擬量調(diào)速可用電壓DC 0-10V或電流DC 4-20mA，進(jìn)行無級調(diào)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(diào)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(zhuǎn)信號，STR是啟動(dòng)反轉(zhuǎn)信號。通過參數(shù)設(shè)置可以把變頻器為低速運(yùn)行，中速運(yùn)行，高速運(yùn)行。可以通過PLC的輸出點(diǎn)直接控制輸入端子的ON/OFF狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)變頻器速度的上升、下降和精確停車。每檔速度的大小可由變頻器功能預(yù)置來設(shè)定,也可以通過模擬量調(diào)速，三菱變頻器的多段速調(diào)速比模擬量調(diào)速有較高優(yōu)先級。我公司數(shù)控車床用0～10V DC模擬電壓作為給定量，進(jìn)行開環(huán)調(diào)速。
(4) 運(yùn)用了三菱首創(chuàng)“柔性脈寬調(diào)制”(Soft-PWM)開關(guān)方式，實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行，并能減少對外射頻干擾，有利于鄰近的PLC、旋轉(zhuǎn)編碼器的可靠運(yùn)行。
(5)調(diào)速范圍:1:120(0.5Hz-60Hz運(yùn)行時(shí))，采用自動(dòng)調(diào)整后，可以在不同品牌的電機(jī)上實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)行。11kW以下的規(guī)格型號內(nèi)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(xiàn)快速停車。
(6)主要調(diào)試參數(shù)
參數(shù)號PR     設(shè)定值     用途
Pr-0     6%     電機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)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(fù)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(shè)定電壓增益
電機(jī)參數(shù)根據(jù)不同數(shù)控機(jī)床的電機(jī)銘牌輸入，進(jìn)行完整調(diào)諧。矢量參數(shù)為出廠默認(rèn)值即可。
3  系統(tǒng)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)
(1)低速時(shí)的散熱情況:因電動(dòng)機(jī)為自冷風(fēng)扇方式散熱冷卻，低速時(shí)散熱條件變差，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大，電動(dòng)機(jī)溫度會(huì)增加，因此最低轉(zhuǎn)速的設(shè)定以電動(dòng)機(jī)表面溫差不超過容許值為依據(jù)。
(2)變頻調(diào)速時(shí)因變頻器輸出含有高次諧波，會(huì)在電動(dòng)機(jī)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(yīng)雜訊。     
(3) 變頻器的重要參數(shù)設(shè)定項(xiàng)目如最高頻率，失速等主要參數(shù)必須鎖定。嚴(yán)防無關(guān)人員修改后發(fā)生事故。
(4)在機(jī)床行業(yè)的應(yīng)用中,起動(dòng)時(shí)的抖動(dòng)問題是一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)，所以我們必須通過良好的參數(shù)設(shè)定，防止機(jī)床抖動(dòng)問題發(fā)生。
4  結(jié)束語
在現(xiàn)代化人機(jī)接口系統(tǒng)中,三菱系列變頻器還可以通過PU通訊接口和計(jì)算機(jī)及多臺變頻器進(jìn)行連接，實(shí)施數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，極大方便了數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展。通過實(shí)踐證明，無論從空載電流，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，完全能夠滿足數(shù)控機(jī)床的需求。