高頻變頻器保障最短生產(chǎn)加工循環(huán)
現(xiàn)代化機械加工的發(fā)展趨勢越來越多地傾向于高速切削加工。加工生產(chǎn)時，生產(chǎn)節(jié)拍的進(jìn)步和加工時間的縮短日趨重要。全新的高頻變頻器就專為這一應(yīng)用而研發(fā)（圖1）。
圖1 在高速切削加工中，高頻變頻器是非常適用的
SFU-0303高頻變頻器適合于各種鉆、銑（圖2）高速加工，在特殊的使用條件下還適合于各種磨削加工；同時還可在磨削過程中對砂輪進(jìn)行修整。為了實現(xiàn)這些任務(wù)，系統(tǒng)要求這種高頻變頻器必須可以調(diào)整。在各種機床配置中，它都能夠馬上投進(jìn)使用，并且無需購買其他附件，直接安裝在電氣柜或19″標(biāo)準(zhǔn)3HF型電氣安裝盒中（圖3）即可使用。
圖2 高頻變頻器適合于在鉆削和銑削加工機床中使用
圖3 高頻變頻用具有19標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的結(jié)構(gòu)型式
如同BMR公司生產(chǎn)的其他變頻器一樣，這種新型高頻變頻器也是對所有功能進(jìn)行監(jiān)控、控制和檢驗的DSP數(shù)字信號處理器的核心。其利用PWM脈沖寬度調(diào)制技術(shù)天生高精度的正弦波形的軸電壓。
經(jīng)矢量調(diào)節(jié)（或空間矢量調(diào)節(jié)）后，軸電壓即可生效。另外，BMR公司還研發(fā)成功了一種全新機床高速電控主軸驅(qū)動方式：能使機床電控主軸在不使用傳感器的情況下，在任何負(fù)載工況下穩(wěn)定運行。這樣，用戶也可以在對機床主軸轉(zhuǎn)速要求很高的使用情況中，以及在不使用霍爾傳感器對主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測的情況下，使用這種高頻變頻器對高速電控主軸進(jìn)行驅(qū)動。這樣的高速切削主軸價格經(jīng)濟(jì)公道，而且工作時更加穩(wěn)定。由于其避免了因傳感器失效而引起的意外故障，也降低了電氣布線的用度。
盡管SFU-3030外形尺寸不大，但其連續(xù)工作的性能卻不小。在產(chǎn)業(yè)電網(wǎng)（20A）中，其功率可達(dá)5kW，而且還有很高的過載功率儲備。無論是在電控主軸高速（100000r/min）旋轉(zhuǎn)時，還是低速（10r/min）旋轉(zhuǎn)時，都能實現(xiàn)最大扭矩輸出。
改善動態(tài)性能
在SFU-3030高頻變頻器中，隨負(fù)載變動而自動進(jìn)行的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)采用的是更加高效的全新調(diào)節(jié)方法。這種PID比例積分微分調(diào)節(jié)器的設(shè)置，一方面保證了在負(fù)載變化時能平滑轉(zhuǎn)換到新的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)；另一方面，這種轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換快捷且有力。在鉆削、銑削和所有的特種磨削加工中都能保證良好的加工效果。
為縮短生產(chǎn)加工工時，變頻器在電機功率為2.2kW時可按照25000r/s的速率來實現(xiàn)加速和制動。采用順序檢測的受控加速和受控減速制動使其動態(tài)性能更加完美。
能夠平滑地驅(qū)動主軸
由BMR公司研發(fā)生產(chǎn)的變頻器能高效地驅(qū)動機床電控主軸，能使機床的電控主軸平滑啟動，保證了電動機工作中的運行平穩(wěn)。由于變頻器采用了全新的調(diào)節(jié)技術(shù)，因此其將電控主軸的工作溫度降低到了新的水平。不僅是在電動機空載運行時，即使是系統(tǒng)在滿負(fù)荷運行時，電動機的工作溫度也都有明顯降低。
機床電控主軸的工作溫度降低，同時也象征著主軸軸承承受的負(fù)載明顯降低，那么更換軸承的周期也可得以延長。主軸工作溫度降低后能夠帶來更多優(yōu)點，即電機轉(zhuǎn)子的軸向伸長量減少，因此加工的精度可以進(jìn)一步進(jìn)步。
根據(jù)經(jīng)驗，砂輪的修整對磨床的各個系統(tǒng)都具有很高的要求。除了砂輪修整主軸要有很小的熱傳導(dǎo)特性外，很高的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性對砂輪的修整質(zhì)量也提出了高要求。而在完成這樣的任務(wù)時，SFU-3030高頻變頻器非常合適。在聲發(fā)射系統(tǒng)的幫助下，砂輪修整主軸可在低噪聲的PAM調(diào)幅控制模式下被驅(qū)動。因此，無需另外使用正弦濾波器，也能在不損失性能的情況下實現(xiàn)降低本錢和用度。
此變頻器中還可存儲16個高速電控主軸的特性曲線，這些主軸工作特性曲線既可手工輸進(jìn)，也可利用輸進(jìn)端口輸進(jìn)。這對于多主軸驅(qū)動來講是非常有意義的。
多功能編碼-電位計有很多功能，能夠精細(xì)地進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)或在切削加工時實現(xiàn)轉(zhuǎn)速匹配。設(shè)備與集成的按鍵功能相配合，還能選擇不同的菜單。利用單獨的啟動和停止按鍵，操縱更加可靠。在具有三行文字的LCD顯示屏的幫助下，能夠清楚顯示當(dāng)前工作狀況。在工作時，按下編碼-電位計即可調(diào)出狀況監(jiān)控，以便了解當(dāng)前的軸電壓、軸電流和中間電路電壓等數(shù)據(jù)。
明文顯示當(dāng)前工作狀況
新型SFU-3030型高頻變頻器還可按照使用要求在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行匹配。該設(shè)備具有各種高速切削主軸工作時所需的特性，例如某一操縱系統(tǒng)的基本型是230V高速電控主軸經(jīng)濟(jì)型的配置方案（圖4）：帶有操縱按鈕和LCD文字顯示、集成有USB接口的類型可在加工機床上直接進(jìn)行調(diào)整；為了能精確地與電控主軸的工作電壓匹配，其是唯一可利用中間電路進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制設(shè)備。這就答應(yīng)主軸在50～230V的電壓范圍內(nèi)在不使用附加正弦濾波器的情況下順利工作；利用內(nèi)置高性能制動器使這一變頻器能高效、快速地制動。
圖4 高頻變頻用具有不帶操縱面板和顯示裝置的結(jié)構(gòu)型式
可拆卸的高速電控主軸帶有與計算機進(jìn)行通訊的USB接口。另外，高頻變頻器上的操縱控制系統(tǒng)也可連接一根延長電纜，以此構(gòu)成遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)電控主軸的遠(yuǎn)程操縱。在很多應(yīng)用工況中，變頻器無需手工操縱。此時，變頻器由上一級的SPS可編程序控制器進(jìn)行控制。在這種應(yīng)用條件下，高頻變頻器可不自帶操縱面板，從而節(jié)省了資金。即使是沒有操縱控制面板，所有的工作狀況數(shù)據(jù)也都可用6個LED發(fā)光二極管的信號表示。
另外，這種高頻變頻器還有6個數(shù)字輸進(jìn)端、6個數(shù)字輸出端、2個模擬輸進(jìn)端和2個模擬輸出端；利用這些端口變頻器可實現(xiàn)與SPS可編程序控制器或控制計算機的連接通訊。這些輸進(jìn)輸出電控都利用光電耦合器進(jìn)行了電氣隔離。
該高頻變頻器的通訊接口為USB接口、RS 232接口和RS 485接口；為了能連接到產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中常用的現(xiàn)場總線環(huán)境中，變頻器可選用Profibus現(xiàn)場總線連接模塊。
所有進(jìn)出SFU-3030高頻變頻器的電纜、導(dǎo)線都是要用易于裝配和維修的螺釘接線端子進(jìn)行連接。組合在一起的接地板、導(dǎo)線抗拉護(hù)板及可彈開的接線端子構(gòu)成了一個完整的電纜連接方案。
在機床設(shè)備中，這種高頻變頻器有很高的安全性和可靠性。所有工作狀態(tài)，如加速、額定轉(zhuǎn)速及制動等都能受到正確地監(jiān)控，避免出現(xiàn)意外。
該高頻變頻用具有符合EN 954-1 Kat3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的脈沖止鎖功能，這個功能可防止機床電控主軸的意外啟動。另外，在特殊的緊急情況下或緊急停止時，電控主軸能可靠地完全停止。
答應(yīng)20s過載運行
在經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整設(shè)置之后，電控主軸可在超負(fù)荷狀態(tài)下過載20?s。若這種超負(fù)荷工況在20s之后還將持續(xù)下往，則自我保護(hù)裝置將自動切斷電源。在排除過載原因后，電控主軸隨時可以啟動。
與使用塑料外殼的趨勢背相反，SFU-3030高頻變頻器的外殼使用的是鍍鋅和涂漆鐵板。因此，比塑料外殼更堅固、具有更好的強度，更有著比塑料外殼更好的電磁屏蔽性能。這種高頻變頻器的外殼有多種型式可供選擇。其SSE型外殼非常適合于在電氣柜中使用，且比原型號體積減小了30％。這種SSE型外殼具有很好的密封性能，能夠有效地防止切屑的進(jìn)進(jìn)，因此適合于在切屑細(xì)小且有微細(xì)粉塵的工況下使用。
為保證溫度平衡，高頻變頻器帶有外置、易于接近的冷卻裝置。另外，其還帶有散熱風(fēng)扇，可對工作環(huán)境的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)和必要的附加散熱。
固定支架保障可靠的安裝固定
在SFU-3030 SSE型高頻變頻器的安裝中，人們也嘗試著采用全新的安裝方式：利用不同的固定支架，這種變頻器在各種使用環(huán)境中都能夠可靠的固定。可供使用的安裝固定方式包括：標(biāo)準(zhǔn)固定支架，適合于在電氣柜的安裝板上安裝；外殼支架，適合于插接式的安裝固定；固定角鐵，適合于從側(cè)面進(jìn)行安裝固定。
用戶利用共享的SFU-Terminal軟件，可對高頻變頻器進(jìn)行參數(shù)賦值和編程。軟件的操縱非常簡單，能夠靈活確定輸進(jìn)輸出真?zhèn)€功能，從而使高頻變頻器能夠輕松地接進(jìn)到已有SPS可編程序控制器系統(tǒng)中或建立新的SPS可編程序控制系統(tǒng)。軟件可以將不同的電控主軸數(shù)據(jù)輸進(jìn)到計算機系統(tǒng)中，也可以從計算機系統(tǒng)中調(diào)出不同的電控主軸控制數(shù)據(jù)。答應(yīng)直接在操縱面板上調(diào)用不同電控主軸的參數(shù)，無需在各個電控主軸間轉(zhuǎn)換。利用電控主軸電路板的輸進(jìn)端，變頻器可用一個控制信號來調(diào)用保存的電控主軸特性數(shù)據(jù)，這也是此類高頻變頻器的一大特點。SPS可編程序控制系統(tǒng)能選擇一個電控主軸，同時也向變頻器發(fā)送該主軸的特性數(shù)據(jù)。
若按照用戶的需求，在出廠時變頻器制造商對其高頻變頻器進(jìn)行配置，則這些配置可以作為一個項目保存起來，隨時可以調(diào)用。另外，高頻變頻器在機床調(diào)整、排除故障中都有一定的輔助功能。
作為特點，新型高頻變頻用具有Autotuning自動調(diào)諧功能。利用這個功能，用戶可對一些陌生的電控主軸進(jìn)行自動且高效的性能檢測和參數(shù)賦值。在加工機床上，只需幾分鐘時間就可完成電控主軸特性曲線的調(diào)整，減少了費時費力的人工調(diào)整設(shè)置。
利用調(diào)試功能可以對各種工作參數(shù)進(jìn)行在線采集和顯示。所有參數(shù)、輸進(jìn)端和輸出端都可以顯示出來。從而用戶可以快速地了解故障原因，界定故障部位，終極排除故障。
用于循環(huán)測試的啟動/停止功能
利用啟動/停止功能，變頻器可以在沒有SPS可編程序控制系統(tǒng)控制或無遠(yuǎn)程控制的情況下進(jìn)行循環(huán)持續(xù)測試，能夠完成電控主軸的測試運行。在這樣的測試過程中，產(chǎn)品還能顯示出所有的變量數(shù)據(jù)。
啟動加載Bootloader功能可對高頻變頻器的企業(yè)軟件進(jìn)行升級或改進(jìn)，這種操縱可以在機床上直接完成。數(shù)據(jù)記錄模塊結(jié)合與之相連接的主控計算機后，可以顯示各種復(fù)雜的可選字符，并且能在長時間內(nèi)使用。
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