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变频矢量控制在数控车床主轴中的应用

导读: 本文介绍了采用数控车床的主轴驱动中变频控制的系统结构与运行模式,并阐述了无速度传感器的矢量变频器的基本应用。

1 引言

  数控车床是机电一体化的典型产品,是集机床、计算机、电机及其拖动、自动控制、检测等技术为一身的自动化设备。其中主轴运动是数控车床的一个重要内容,以完成切削任务,其动力约占整台车床的动力的70%~80%。基本控制是主轴的正、反转和停止,可自动换档和无级调速。

  在目前数控车床中,主轴控制装置通常是采用交流变频器来控制交流主轴电动机。为满足数控车床对主轴驱动的要求,必须有以下性能:(1)宽调速范围,且速度稳定性能要高;(2)在断续负载下,电机的转速波动要小;(3)加减速时间短;(4)过载能力强;(5)噪声低、震动小、寿命长。

  本文介绍了采用数控车床的主轴驱动中变频控制的系统结构与运行模式,并阐述了无速度传感器的矢量变频器的基本应用。

2 数控车床主轴变频的系统结构与运行模式

  2.1 主轴变频控制的基本原理

  由异步电机理论可知,主轴电机的转速公式为:

  n=(60f/p)×(1-s)

  其中p—电动机的极对数,s—转差率,f—供电电源的频率,n—电动机的转速。从上式可看出,电机转速与频率近似成正比,改变频率即可以平滑地调节电机转速,而对于变频器而言,其频率的调节范围是很宽的,可在0~400hz(甚至更高频率)之间任意调节,因此主轴电机转速即可以在较宽的范围内调节。

  当然,转速提高后,还应考虑到对其轴承及绕组的影响,防止电机过分磨损及过热,一般可以通过设定最高频率来进行限定。

  图1所示为变频器在数控车床的应用,其中变频器与数控装置的联系通常包括:(1)数控装置到变频器的正反转信号;(2)数控装置到变频器的速度或频率信号;(3)变频器到数控装置的故障等状态信号。因此所有关于对变频器的操作和反馈均可在数控面板进行编程和显示。

  2.2 主轴变频控制的系统构成

  不使用变频器进行变速传动的数控车床一般用时间控制器确认电机转速到达指令速度开始进刀,而使用变频器后,机床可按指令信号进刀,这样一来就提高了效率。如果被加工件如图2(1)所示所示形状,则由图2(1)中看出,对应于工件的ab段,主轴速度维持在1000rpm,对应于bc段,电机拖动主轴成恒线速度移动,但转速却是联系变化的,从而实现高精度切削。

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