一、前言

　　目前中國機床產(chǎn)業(yè)僅僅在規(guī)模方面具有相對比較優(yōu)勢，與機床制造強國相比，在結構、水平、研發(fā)和服務能力等方面都還存在明顯的差距。機床市場的獨特結構加快了變化速度，普通、低檔數(shù)控機床需求大幅度萎縮，大重型和高檔數(shù)控機床仍保持穩(wěn)定。同時也帶動了機床行業(yè)上的自動化產(chǎn)品的需求增大。變頻器、伺服、編碼器等自動化產(chǎn)品在機床行業(yè)中應用了很多年。由于變頻器的高性價比，所以變頻器在經(jīng)濟型數(shù)控機床和普通機床的數(shù)控化改造中使用非常普遍。隨著新技術的不斷引進，傳統(tǒng)的普通機床業(yè)在面臨的淘汰和技術革新的境地，采用新技術，降低成本，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性是機床生產(chǎn)的關鍵。下面就以機床拖動方面采用變頻調速得改造來闡述變頻器在機床行業(yè)改造方面的研究和應用。

　　二、機床改造的現(xiàn)狀

　　傳統(tǒng)機床變頻器的技術改造，經(jīng)過近幾年的實踐運行，整個機床的電氣控制系統(tǒng)得到了最大程度的優(yōu)化：系統(tǒng)操作更簡單、方便;通過轉矩補償、防止失速和再啟動等功能，實現(xiàn)不跳閘運行，使生產(chǎn)的產(chǎn)品質量穩(wěn)定、效率提高;具有較高的穩(wěn)速精度和快速動態(tài)響應，能滿足高性能場合的傳動控制要求;最重要就是幫助客戶大幅度降低了維護成本。變頻器技術越來越深入的應用，讓我們看到其巨大的節(jié)能潛能和良好的效益。國內在近幾年也涌現(xiàn)出了一大批領先的工業(yè)自動化解決方案供應商，為紡織、機床、印刷包裝、食品醫(yī)療、煤礦等行業(yè)中提供先進、適用的解決方案應用已經(jīng)相當廣泛，得到了國內用戶的認可。通過對機床進行變頻器技術的改造為廣大生產(chǎn)廠商帶來到技術上的突破的同時也創(chuàng)造出了相應的價值。

　　三、改造機床的傳動特點

　　通常的情況下老舊機床的拖動系統(tǒng)是由電機來帶動齒輪箱進行傳動和調速的，這種系統(tǒng)具有以下特點：

　　1)負載具有恒功率的性質，在機床的　齒輪箱變速時，其轉矩的變化與轉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機床負載都始終處在恒功率的特點。

　　2)轉速按照檔次來進行調速，通常機床的調速箱有8檔轉速：75、120、200、300、800、1200、1500，2000r/min。速度固定需要哪個速度就調整到相應的檔位。

　　3)調速的控制方式主要由手柄組合的8個位置來進行控制，主要控制四個離合器的分與合，得到齒輪的8種組合，從而得到8檔轉速。低速時的過載能力強　低速時，拖動系統(tǒng)經(jīng)齒輪箱降速后的額定轉矩將遠大于負載的最大工作轉矩，有很強的過載能力。

　　4)變頻器具有集成高精度轉子磁場定向矢量控制算法，具有250%瞬時轉矩控制能力，并且通用型變頻器能夠兼容多品牌模式PLC運行功能，特別適合機床制造設備應用。其內部具有豐富的擴展選件：編碼器接口板、I/O擴展板、可參數(shù)復制的操作面板等，適合未來機床的進一步更新和改進。

　　四、變頻器在機床改造中的具體應方案

　　以筆者曾經(jīng)工作過的(某某機械加工廠)為例，該廠主要應用的是經(jīng)濟型簡易數(shù)控機床，由于這種機床的調速電磁離合器的損壞率十分的頻繁，經(jīng)工作人員對變頻調速系統(tǒng)具有的優(yōu)點進行論證，最終決定改用變頻器實現(xiàn)機床的變頻調速。具體情況如下：

　　在利用變頻器技術改造該系統(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的電壓信號通過變頻器的相關固定功能的端子送入到變頻器，從而實現(xiàn)數(shù)字量來設定電機轉速再通過模擬量變頻輸出的對電機進行控制。電機轉速的快慢主要由變頻控制系統(tǒng)輸出的電壓值信號的大小來控制。數(shù)控機床電機的正轉和反轉運行主要由外圍操作通過變頻器的FWD，REV7與DCM端子來實現(xiàn)控制。機床的各種保護信號通過變頻器的常開、常閉觸點來進行控制，能夠實現(xiàn)系統(tǒng)的過流過壓，設備的過載，以及過熱、負壓、缺相等故障的保護。在實際的機床改造中，在正常工況下經(jīng)過工作人員的反復試驗，利用變頻器改造的機床完全符合設計的要求，并且取得了令人滿意的運行效果。

　　五、應用變頻器進行改造的優(yōu)勢

　　1)變頻器的速度調節(jié)范圍十分的廣泛，一般的通用型變頻器都能夠實現(xiàn)0到400HZ范圍內的變頻調速，所以在對機床進行變頻改造的時候應該選擇符合機床情況的品牌型號。

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

　　3)在機床工作的過程中，當機床需要在低速運行時，其需要具有強大過載能力。應用變頻器進行改造能夠提供150%的過載保護(60S)，這一點可以充分的滿足機床設備的要求。

　　4)在對機床進行變頻調速的改造以后，能夠簡化機床齒輪變速箱等原來比較復雜的機械拖動組織，使系統(tǒng)的自動化程度大幅提高，操作也變得簡單和人性化，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，這一點能夠與機床的數(shù)控系統(tǒng)的控制信號有較好的兼容性，系統(tǒng)控制信號也十分的匹配。

　　六、總結

　　數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大。作為數(shù)控機床的執(zhí)行機構，電機伺服系統(tǒng)經(jīng)歷了從步進到直流，進而到交流的發(fā)展歷程。而數(shù)控機床中的伺服系統(tǒng)中變頻器的應用也獲得了越來越廣泛的推廣，變頻器的種類和型號繁多，適用面非常的廣泛，可以預見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡制造等高精加工機床的發(fā)展，具有網(wǎng)絡接口的全數(shù)字變頻系統(tǒng)等將成為數(shù)控機床行業(yè)的關注的熱點。

? 文章來源：深圳市美克能源科技股份有限公司