中国国际金属成形展览会 MetalForm China

1 引言

    数字控制机床，简称数控机床（NC，Numerical Control）,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高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点。本文主要介绍安邦信G9系列变频器在数控机床上的优越性。

2 数控机床简介

    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工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视，并得到了迅速的发展。主轴是车床构成中一个重要的部分，对于提高加工效率，扩大加工材料范围，提升加工质量都有着很重要的作用。经济型数控车床大多数是不能自动变速的，需要变速时，只能把机床停止，然后手动变速。而全功能数控车床的主传动系统大多采用无级变速。无级变速系统主要有伺服主轴系统和直流主轴系统两种，一般采用直流或交流主轴电机。通过皮带传动带动主轴旋转，或通过皮带传动和主轴箱内的减速齿轮（以获得更大的转矩）带动主轴旋转。由于主轴电机调速范围广，又可无级调速，使得主轴箱的结构大为简化。

3 数控车床的主要参数及对变频器功能需求 

    主要的参数和性能指标: 
    （1） 3.0kW数控车床
    电动机参数:
    额定功率:3.0kW;
    额定频率:50Hz; 
    额定电压:380V;
    额定电流:7.8A;
    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）的进刀性能及速度。 

    （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）;
    主轴转速:450r/min（变频器运行频率22Hz左右）的进刀性能及速度。 
    
4 G9系列变频器

    G9系列变频器采用先进磁通控制技术，电机在低速时转矩大，速度精度高，价格合理，功能齐全，具有瞬停电处理及速度跟踪再启动功能，确保系统实现连续运行机制，以保证电机运转在最高效率状态，因此，采用G9高性能变频器代替主轴交流伺服系统，是机床行业最佳的选择。如图1所示。

图1 数控系统示意图

 （1） G9变频器的特点介绍
    ?体积小，属于迷你型产品，占用控制柜空间较小;
    ?控制方式为正弦波SPWM，控制性能较以前的VF控制方式有很大性能上的改善，特别是在低速转矩上满足机床主轴的需求，5Hz时起动转矩能够达到100%以上;
    ?载波频率范围0～16kHz，减小电机的电磁噪音;
    ?提供标准的0～10V模拟量接口，能够与大多数数控系统接口兼容，通用性强;
    ?过负载能力强，150%以上额定输出电流超过一分钟;
    ?提供多功能的输出端子信号，例如异常信号，运转中信号，速度到达信号，故障指示，满足系统对于主轴速度状态的监控;
    ?自动转矩补偿，满足机床主轴在低速情况下的加工需求。

    （2） 调试环境以及接线、调试方法
    客户选配电机为3.0kW/50Hz/380V，选用变频器型号AMB-G9-3R7-T3B，制动电阻400W/150Ω，见图2。

图2 变频器在数控机床上的应用

    变频器VS/GND端子提供与数控系统速度模拟量，VS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。S1/S2/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或者反转信号，来驱动中间继电器，中间继电器的常开接点接入变频器S1/S2/COM，从而控制变频器的正反转。参数设置如下:
    l F005和F006为加速时间和减速时间，根据客户的要求，F001=5S，F002=1S;
    l F030和F031按照电机铭牌设置，F010=9A，F031=1; 
    l F012上限操作频率选择，对应于模拟信号10V输入时变频器的输出频率，由于是在0～2000rpm范围内调速，将机械减速比这算进去以后，此参数需要设置66.7Hz;
    l F002参数为运转信号和频率来源设定，设置为外部端子信号控制（3）。

    （3） 调试结果
    主轴电机采用G9高性能变频器驱动，满足加工要求，延长刀具的使用寿命。由于采用的领先的磁通算法，即使在低转速（低频）运行下也能平稳输出100%的转矩，以满足不同零件的加工需要，完全可以取代传统的滚动轴承主轴结构，并且此主轴结构简单、紧凑、可以实现真正的无级调速。此主轴的转速由外部模拟量信号来控制输出频率，在不同的加工工艺（如;粗加工、精加工等）需要不同的转速，此时可由数控系统输出不同的模拟量电压信号给变频器，实现不同的转速，同时启停信号也由数控系统控制，提高自动化程度！
    
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，购置费用很高;安邦信G9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，为机床行业的客户降低约一倍的成本费用，而且可靠性高,为客户创造更多的效益。