一、前言

　　目前中國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)僅僅在規(guī)模方面具有相對(duì)比較優(yōu)勢(shì)，與機(jī)床制造強(qiáng)國(guó)相比，在結(jié)構(gòu)、水平、研發(fā)和服務(wù)能力等方面都還存在明顯的差距。機(jī)床市場(chǎng)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)加快了變化速度，普通、低檔數(shù)控機(jī)床需求大幅度萎縮，大重型和高檔數(shù)控機(jī)床仍保持穩(wěn)定。同時(shí)也帶動(dòng)了機(jī)床行業(yè)上的自動(dòng)化產(chǎn)品的需求增大。變頻器、伺服、編碼器等自動(dòng)化產(chǎn)品在機(jī)床行業(yè)中應(yīng)用了很多年。由于變頻器的高性?xún)r(jià)比，所以變頻器在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和普通機(jī)床的數(shù)控化改造中使用非常普遍。隨著新技術(shù)的不斷引進(jìn)，傳統(tǒng)的普通機(jī)床業(yè)在面臨的淘汰和技術(shù)革新的境地，采用新技術(shù)，降低成本，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性是機(jī)床生產(chǎn)的關(guān)鍵。下面就以機(jī)床拖動(dòng)方面采用變頻調(diào)速得改造來(lái)闡述變頻器在機(jī)床行業(yè)改造方面的研究和應(yīng)用。

　　二、機(jī)床改造的現(xiàn)狀

　　傳統(tǒng)機(jī)床變頻器的技術(shù)改造，經(jīng)過(guò)近幾年的實(shí)踐運(yùn)行，整個(gè)機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)得到了最大程度的優(yōu)化：系統(tǒng)操作更簡(jiǎn)單、方便;通過(guò)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償、防止失速和再啟動(dòng)等功能，實(shí)現(xiàn)不跳閘運(yùn)行，使生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、效率提高;具有較高的穩(wěn)速精度和快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，能滿足高性能場(chǎng)合的傳動(dòng)控制要求;最重要就是幫助客戶(hù)大幅度降低了維護(hù)成本。變頻器技術(shù)越來(lái)越深入的應(yīng)用，讓我們看到其巨大的節(jié)能潛能和良好的效益。國(guó)內(nèi)在近幾年也涌現(xiàn)出了一大批領(lǐng)先的工業(yè)自動(dòng)化解決方案供應(yīng)商，為紡織、機(jī)床、印刷包裝、食品醫(yī)療、煤礦等行業(yè)中提供先進(jìn)、適用的解決方案應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，得到了國(guó)內(nèi)用戶(hù)的認(rèn)可。通過(guò)對(duì)機(jī)床進(jìn)行變頻器技術(shù)的改造為廣大生產(chǎn)廠商帶來(lái)到技術(shù)上的突破的同時(shí)也創(chuàng)造出了相應(yīng)的價(jià)值。

　　三、改造機(jī)床的傳動(dòng)特點(diǎn)

　　通常的情況下老舊機(jī)床的拖動(dòng)系統(tǒng)是由電機(jī)來(lái)帶動(dòng)齒輪箱進(jìn)行傳動(dòng)和調(diào)速的，這種系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

　　1)負(fù)載具有恒功率的性質(zhì)，在機(jī)床的　齒輪箱變速時(shí)，其轉(zhuǎn)矩的變化與轉(zhuǎn)速的變化始終成反比。若忽略了齒輪箱的損耗，這樣在全功率的范圍內(nèi)機(jī)床負(fù)載都始終處在恒功率的特點(diǎn)。

　　2)轉(zhuǎn)速按照檔次來(lái)進(jìn)行調(diào)速，通常機(jī)床的調(diào)速箱有8檔轉(zhuǎn)速：75、120、200、300、800、1200、1500，2000r/min。速度固定需要哪個(gè)速度就調(diào)整到相應(yīng)的檔位。

　　3)調(diào)速的控制方式主要由手柄組合的8個(gè)位置來(lái)進(jìn)行控制，主要控制四個(gè)離合器的分與合，得到齒輪的8種組合，從而得到8檔轉(zhuǎn)速。低速時(shí)的過(guò)載能力強(qiáng)　低速時(shí)，拖動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)齒輪箱降速后的額定轉(zhuǎn)矩將遠(yuǎn)大于負(fù)載的最大工作轉(zhuǎn)矩，有很強(qiáng)的過(guò)載能力。

　　4)變頻器具有集成高精度轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制算法，具有250%瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制能力，并且通用型變頻器能夠兼容多品牌模式PLC運(yùn)行功能，特別適合機(jī)床制造設(shè)備應(yīng)用。其內(nèi)部具有豐富的擴(kuò)展選件：編碼器接口板、I/O擴(kuò)展板、可參數(shù)復(fù)制的操作面板等，適合未來(lái)機(jī)床的進(jìn)一步更新和改進(jìn)。

　　四、變頻器在機(jī)床改造中的具體應(yīng)方案

　　以筆者曾經(jīng)工作過(guò)的(某某機(jī)械加工廠)為例，該廠主要應(yīng)用的是經(jīng)濟(jì)型簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床，由于這種機(jī)床的調(diào)速電磁離合器的損壞率十分的頻繁，經(jīng)工作人員對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)具有的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行論證，最終決定改用變頻器實(shí)現(xiàn)機(jī)床的變頻調(diào)速。具體情況如下：

　　在利用變頻器技術(shù)改造該系統(tǒng)中，變頻器采用外部端子控制，數(shù)控系統(tǒng)所發(fā)出的是支流　0V到10V的電壓信號(hào)通過(guò)變頻器的相關(guān)固定功能的端子送入到變頻器，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字量來(lái)設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速再通過(guò)模擬量變頻輸出的對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢主要由變頻控制系統(tǒng)輸出的電壓值信號(hào)的大小來(lái)控制。數(shù)控機(jī)床電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)運(yùn)行主要由外圍操作通過(guò)變頻器的FWD，REV7與DCM端子來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。機(jī)床的各種保護(hù)信號(hào)通過(guò)變頻器的常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)來(lái)進(jìn)行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的過(guò)流過(guò)壓，設(shè)備的過(guò)載，以及過(guò)熱、負(fù)壓、缺相等故障的保護(hù)。在實(shí)際的機(jī)床改造中，在正常工況下經(jīng)過(guò)工作人員的反復(fù)試驗(yàn)，利用變頻器改造的機(jī)床完全符合設(shè)計(jì)的要求，并且取得了令人滿意的運(yùn)行效果。

　　五、應(yīng)用變頻器進(jìn)行改造的優(yōu)勢(shì)

　　1)變頻器的速度調(diào)節(jié)范圍十分的廣泛，一般的通用型變頻器都能夠?qū)崿F(xiàn)0到400HZ范圍內(nèi)的變頻調(diào)速，所以在對(duì)機(jī)床進(jìn)行變頻改造的時(shí)候應(yīng)該選擇符合機(jī)床情況的品牌型號(hào)。

　　2)由于機(jī)床要求具有較硬的機(jī)械特性。這一點(diǎn)非常符合變頻器+普通電機(jī)(或變頻電機(jī))傳動(dòng)具有機(jī)械特性硬的特點(diǎn)。通常情況下，變頻器一般在低頻工作下都具有提供150%負(fù)載轉(zhuǎn)矩的能力。

　　3)在機(jī)床工作的過(guò)程中，當(dāng)機(jī)床需要在低速運(yùn)行時(shí)，其需要具有強(qiáng)大過(guò)載能力。應(yīng)用變頻器進(jìn)行改造能夠提供150%的過(guò)載保護(hù)(60S)，這一點(diǎn)可以充分的滿足機(jī)床設(shè)備的要求。

　　4)在對(duì)機(jī)床進(jìn)行變頻調(diào)速的改造以后，能夠簡(jiǎn)化機(jī)床齒輪變速箱等原來(lái)比較復(fù)雜的機(jī)械拖動(dòng)組織，使系統(tǒng)的自動(dòng)化程度大幅提高，操作也變得簡(jiǎn)單和人性化，并且由于變頻器的集成度較高也使得系統(tǒng)的維修更加的方便。

　　5)目前市面上的變頻器大多具有電壓直流零到十伏，以及電流模擬輸入接口，這一點(diǎn)能夠與機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)的控制信號(hào)有較好的兼容性，系統(tǒng)控制信號(hào)也十分的匹配。

　　六、總結(jié)

　　數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大。作為數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電機(jī)伺服系統(tǒng)經(jīng)歷了從步進(jìn)到直流，進(jìn)而到交流的發(fā)展歷程。而數(shù)控機(jī)床中的伺服系統(tǒng)中變頻器的應(yīng)用也獲得了越來(lái)越廣泛的推廣，變頻器的種類(lèi)和型號(hào)繁多，適用面非常的廣泛，可以預(yù)見(jiàn)隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造等高精加工機(jī)床的發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字變頻系統(tǒng)等將成為數(shù)控機(jī)床行業(yè)的關(guān)注的熱點(diǎn)。

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