運動控制

合康變頻HID600A系列高性能矢量變頻器在數(shù)控機床的應(yīng)用

ainet.cn   2014年10月11日

  一.引言

  隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,制造業(yè)對數(shù)控機床的高精度、智能化的需求日益凸顯。主軸電機作為數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動部件,對數(shù)控機床性能的提升起著至關(guān)重要的作用。由于現(xiàn)代數(shù)控機床加工生產(chǎn)過程復(fù)雜,不同的工藝和切削速度,使傳統(tǒng)驅(qū)動的方式而無法滿足現(xiàn)在的加工要求。采用HID600A矢量變頻器對主軸電機進行調(diào)速控制后,既可實現(xiàn)調(diào)速范圍廣,又可無極調(diào)速,極大簡化了主軸箱的結(jié)構(gòu),滿足了數(shù)控機床高精度、高效率的使用需求。

  二.HID600A矢量變頻器在數(shù)控機床上的成功應(yīng)用

  2.1 項目簡介

  應(yīng)用地點:臺州楚門鎮(zhèn)碩瑞機械廠

  變頻器型號:HID600A-T4-3.7G

  系統(tǒng)名稱:數(shù)控車床,電機額定功率4KW

  加工:材料45#不銹鋼,Z軸進刀速度130mm/分鐘,棒徑50mm,主軸速度600rpm,單邊進刀量可以達到6.0mm,輸出電流達到電機兩倍額定。

  2.2 現(xiàn)場要求

  1)正反轉(zhuǎn)切換頻繁,CNC控制器0-10V電壓模擬量給定;0.2S加速,0.2S減速的快速加減速時間;通常數(shù)控機床的加減速時間都比較短,加速時間依靠變頻器的高性能,合康變頻HID600A加速時間可實現(xiàn)0.2S加速時間;減速時間則依靠外加制動單元做能耗制動,合康HID600A可實現(xiàn)0.2S的減速時間。

  2)低頻1Hz 200%額定轉(zhuǎn)矩;由于數(shù)控機床具有較硬的機械特性,在低速重切削時很難獲得強勁的切削力。合康HID600A在低頻時(1~10Hz)能達到200%的額定轉(zhuǎn)矩,完全滿足數(shù)控機床低速運行需求。

  3)超頻運行,最高頻率100Hz。因加工需要,數(shù)控機床常需要在50Hz-100Hz之間恒功率運行,在恒功率運行的狀態(tài)下還需要較大的轉(zhuǎn)矩以完成加工。超基頻運行使用單一的矢量控制參數(shù),容易造成變頻器在高頻運行振蕩,針對這一運行情況,HID600A數(shù)控專用軟件能自主根據(jù)運行轉(zhuǎn)速自動調(diào)整矢量控制參數(shù),既能保證低頻的切削力,又能穩(wěn)定高頻轉(zhuǎn)速。

  4)抗干擾能力強,輸出諧波小。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。

  2.3 實施方案:

  根據(jù)現(xiàn)場需求分析,合康變頻量身定制解決方案,并采用HID600A高性能矢量變頻器,此變頻器采用高性能矢量算法控制,具有調(diào)速范圍寬,低頻帶載能力強,負載在各個段速下保持電流穩(wěn)定無振蕩。其優(yōu)異的防過壓/過流功能,可在極短的加減速時間以及負載波動時,不會發(fā)生過流過壓,最大限度保證無跳閘運行。采用能耗制動,可實現(xiàn)快速啟動快速停車。

 

圖1:機床變頻控制原理圖

 

  機床變頻控制原理:

  CNC控制器發(fā)出0-10V的轉(zhuǎn)速控制信號,變頻器迅速響應(yīng)輸出相應(yīng)的電壓和頻率驅(qū)動主軸電機運轉(zhuǎn),主軸電機通過皮帶傳動帶動機床主軸運轉(zhuǎn)。由于加工需要,主軸電機的啟停要求非常迅速,因此必須要接制動電阻。

  矢量控制主要參數(shù)表:

 

表1:參數(shù)表

 

  2.4 調(diào)試結(jié)果:

  HID600A采用優(yōu)異的轉(zhuǎn)矩、磁通控制算法,并能以機床的加工特性自動跟隨輸出頻率來調(diào)整矢量控制參數(shù),在0.2S的加速時間內(nèi)即可達到額定頻率,滿足加工性能的需要,下圖2為0.2S的正反轉(zhuǎn)切換電流波形。

  此數(shù)控機床根據(jù)加工工藝需求,會有超基頻運行(50HZ-100HZ之間運行),在超基頻運行時,主軸也能提供較大的轉(zhuǎn)矩來加工零件。主軸轉(zhuǎn)速由CNC控制器發(fā)出的模擬量信號來控制輸出頻率,實現(xiàn)各種加工工藝下的需求轉(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。

 

圖2:0.2S正反轉(zhuǎn)切換電流波形

 

圖3:現(xiàn)場調(diào)試圖片(1)

 

圖4:現(xiàn)場調(diào)試圖片(2)

 

  可見,采用合康變頻HID600A系列高性能矢量變頻器完全能夠滿足機床主軸控制復(fù)雜及高難度要求。HID600A在此數(shù)控機床運行至今,效果良好,極大促進了公司的生產(chǎn)效益。

  三. 總結(jié)

  HID600A系列矢量變頻器配合現(xiàn)場以其突出的性能(低頻轉(zhuǎn)矩大、啟動快速、運行穩(wěn)定、超頻運行可靠、調(diào)速范圍大、操作維護簡便等)和優(yōu)越的性價比,在數(shù)控機床應(yīng)用得以認可,備受客戶一致青睞。

(轉(zhuǎn)載)

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