變頻器在機(jī)床上的應(yīng)用

變頻器驅(qū)動一般異步電動機(jī)，對1臺XT754型鏜銑床的進(jìn)給直流伺服系統(tǒng)實(shí)施改造，從而使這臺鏜銑床的進(jìn)給實(shí)現(xiàn)交流伺服控制。

機(jī)床設(shè)備對伺服系統(tǒng)的要求是：調(diào)速范圍寬(要求在100：1以上。如XT754型鏜銑床最低速度是10mm/min，最高速度是2500mm/min，其調(diào)速范圍d：2500：10=250：1)；速度控制精度高(在整個調(diào)速范圍，起制動及運(yùn)行過程要求運(yùn)行穩(wěn)定)；定位準(zhǔn)確(當(dāng)下件快速進(jìn)給后定位時間短、定位行程小，從而可提高加工效率)。

針對上述特點(diǎn)，我們選擇性能比較先進(jìn)的日本安川變頻器驅(qū)動一般異步電動機(jī)，對1臺XT754型鏜銑床的進(jìn)給直流伺服系統(tǒng)實(shí)施改造，從而使這臺鏜銑床的進(jìn)給實(shí)現(xiàn)交流伺服控制。

1．交流伺服系統(tǒng)的組成

由變頻器、異步電動機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)和脈沖編碼器等組成，如圖1所示。

圖1

(1) 變頻器是整個系統(tǒng)的核心。它是一個多功能全數(shù)字式變頻器，主要負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的能源變換和數(shù)據(jù)處理。它和驅(qū)動電動機(jī)、脈沖編碼器、PG速度控制卡一起構(gòu)成典型的帶PG反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

變頻器VS-616G5(CIMR-C5A43P7 3.7kW)為多功能全數(shù)字式。它有四種方式：無PG U/f控制、有PG U/f控制、無PG矢量控制和有PG矢量控制。當(dāng)選用有PG矢量控制方式時，其調(diào)速范圍可以達(dá)到1000：1，并且能夠?qū)崿F(xiàn)零速控制。

(2) 驅(qū)動電動機(jī)采用一般籠型異步電動機(jī)(Y132M1-6型，4kW、380V、9.4A、960r/min)，并配備強(qiáng)迫冷卻風(fēng)機(jī)(吵125mm軸流風(fēng)機(jī))。由于驅(qū)動電動機(jī)主要工作在低速狀態(tài)，在低速長期運(yùn)行時電動機(jī)易發(fā)熱，因此增加冷卻風(fēng)機(jī)是必要的。

(3) 脈沖編碼器采用HLE-1024L-3F)k A型．安裝于電動機(jī)的軸上，其軸徑要與電動機(jī)軸徑相配合。它是構(gòu)成帶PG反饋系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，主要參數(shù)是每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)NP(變頻器參數(shù)P1-01)，由下式計(jì)算選擇。

NP=60f/nN

式中：f--速度控制卡工作頻率，Hz

nN--電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min

當(dāng)選用的電動機(jī)為960r/min，PG-B2速度控制卡的工作頻率是20kHz時，NP=60X20000/960=1250。實(shí)際選用PG脈沖數(shù)為1024的脈沖編碼器。

2．PG脈沖數(shù)與車銑精度的關(guān)系

XT754型鏜銑床進(jìn)給系統(tǒng)的調(diào)速范圍是μ=10～1120mm/Min，快速進(jìn)給速度是2500mm/min。由于PG脈沖數(shù)與電動機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，而電動機(jī)的轉(zhuǎn)速又直接反映了伺服裝置的行程。因此，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速為最低速n=5.14r/min(D10mm/min)時，則：

每個脈沖當(dāng)量=μ/(nXPG脈沖數(shù))=10/(5.14 X1024)=0.0019(mm)

即每個脈沖行程是1.9lμm。

3．調(diào)速指令電阻網(wǎng)絡(luò)匹配計(jì)算

變頻器端子13為主速指令控制端，對應(yīng)10V電壓輸出的頻率是基本頻率，即50Hz。根據(jù)工藝要求，電動機(jī)的調(diào)速范圍是5.14-576r/min。若仍舊采用原調(diào)整控制開關(guān)進(jìn)行控制，其電阻調(diào)整范圍是7512-200k12。為配合這個調(diào)速開關(guān)的設(shè)計(jì)，調(diào)速電阻網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。其中，R1、R3、R5均為3.3kΩ可調(diào)電阻。當(dāng)RP在75ll-200k12變化時，對應(yīng)端子13的輸出電壓是6-0.054V。根據(jù)電路原理分析，當(dāng)R3=1.05kΩ時，可以得到一組計(jì)算參數(shù)：R1=985Ω，1.05kΩ，R5=2.26kΩ。